

Pox 186 位于距离地球 4200 万光年的室女座。它是一个简单的星系,没有什么装饰,充其量是一团恒星和一条拖在其身后的气体尾巴。它也很小,质量是我们自己的银河系的十万分之一。
但 Pox 186 的微小尺寸是其非凡特性的关键。根据一项最近的天文调查,它实际上已经将自己炸开了,剥离了笼罩大多数星子的分子外壳,使其几乎所有的光都能流入周围空间。如果 Pox 186 这种爆炸性的“吹散”行为对同类星系来说是正常的,那么它将有助于宇宙学家理解大约 130 亿年前结束所谓“黑暗时代”的宇宙转变。
“这是我们第一次观察到这样的事物,”内森·埃根(Nathan Eggen)说,他曾是明尼苏达大学毕业的这篇研究的首席作者。“至少,它证明了‘吹散’是可能的。”
宇宙黑暗时代
在大爆炸后的数十万年里,宇宙与今天完全不同。那时是黑暗的。很少有恒星和星系照亮了虚空。充斥宇宙的物质也完全不同。
我们认为星系间的空间是空的,而且绝大多数情况确实如此,除了稀疏的电子和质子。这些粒子共同形成了天文学家称为电离(意味着带电)的气体,即等离子体,它渗透了整个宇宙。
但这种等离子体并非一直存在。它曾经是一种中性氢原子气体,随着早期恒星的出现,它们更具能量的光线将氢原子炸开,产生了今天散布在星系间空间中的质子和电子。天文学家将这一事件称为“再电离时期”,因为它使宇宙恢复到大爆炸后早期存在的电离状态。
问题是,是哪些恒星烧穿了宇宙的氢气迷雾?是少数巨大的星系穿透了迷雾?还是无数的迷你星座共同作用,重新电离了整个宇宙?天文学家无法直接寻找再电离的古老“代理人”,因为氢气会阻挡能够清除它的高能光线到达我们这里。因此,一些研究人员正在寻找可能与遥远先驱者类似 Nearby 的星系。
“它们可以被用作局部实验室来研究遥远的星系,”与埃根合作的明尼苏达大学天体物理研究所的教授克劳迪娅·斯卡拉塔(Claudia Scarlata)说。
一个没有氢气的星系
Pox 186 就是这样一个星系。天文学家在 20 世纪 80 年代发现了它,并花了数十年时间争论它是如何形成的。作为调查的一部分,研究人员寻找星系的“中性氢”,这是大多数星系的主要组成部分。Pox 186 似乎没有任何中性氢。
“我们越是观察它,它就越有趣,”埃根说。

这时,他和斯卡拉塔以及他们的同事参与了进来。他们获得了智利 Gemini South 望远镜的观测时间,并在 2018 年的两个夜晚,花费了大约一个半小时的时间对 Pox 186 进行观测。他们的计划是观测两种类型的氧气(可以用来探测氢气的密度),并利用它们来确定氢气的位置。
一种氧气比预期的要弱,但另一种氧气却发出“响亮”的信号,让天文学家们惊叹不已。这种明亮的氧气不仅有一种颜色,还有一系列波长,这表明它的光线正在因运动而扭曲。至少有一部分氧气似乎正在被抛出。
“它的移动速度几乎是逃离星系所需速度的 [十倍],”埃根说。其中一些气体“几乎肯定会完全离开星系。”
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埃根和斯卡拉塔强调,他们无法确定 Pox 186 到底发生了什么。气体流是各种原子在截然不同的温度下相互作用的混乱混合物,而他们只观察了一种氧气。
但是,如果流动的氧气没有误导他们,那就暗示了 Pox 186 缺失氢气的命运。强烈的恒星形成(随后导致超新星爆炸式地死亡,并具有爆发性——且具有排出性——的超新星)产生的剧烈外流,已经将所有氢气都清除掉了。
“看到小星系竟然能把自己炸开,这真是出乎意料,”斯卡拉塔说。
研究人员上周在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal) 上发表了他们对 Pox 186 的新研究成果。
再电离的微小主力军
Pox 186 的氢气喷发加强了一种关于整个宇宙如何融化其氢气的理论。大星系向太空倾注光线,但它们的引力也将附近的氢气束缚在近处,因此它们最强的光线无法到达足够远的地方来分解星系间的氢气。
但是,如果早期宇宙中充斥着像 Pox 186 这样的迷你星系,一切就可能得以解决。它们的强大外流清除了自身的氢气(克服了它们微弱的引力吸引),并且几乎所有的能量光都逃逸到太空中,分解了那里的氢气。
接下来,斯卡拉塔期待着詹姆斯·韦伯太空望远镜在秋季的发射,该望远镜旨在统计早期宇宙中的星系数量。这次普查将检查 Pox 186 的类似物是否存在足够多的数量,以排出再电离宇宙所需的能量。到目前为止,它们还没有在调查中出现,部分原因是这些昏暗的迷你星系最难看到。
但如果它们出现,Pox 186 的行为表明,这些有活力的星系可能改变了整个宇宙。“一座山必须一寸一寸地生长,”埃根说。