光子努力逃离遥远的星系

英国兰开斯特大学和荷兰莱顿大学的天文学家大卫·索布拉尔和乔里特·马蒂领导的天文学家在早期银河系类型星系周围发现了巨大的光晕，这些光晕由难以逃脱的光子(光的基本粒子)组成。该小组在《皇家天文学会月刊》杂志上报告了其发现。

艺术印象展示了当地宇宙中的银河系类型的星系，周围环绕着由莱曼阿尔法光子组成的更大的蓝色微弱光晕。虽然这些光子是在更中心区域的炽热年轻恒星周围产生的，但它们努力逃离星系，在试图逃离时遭受许多吸收和重新发射，并形成这些巨大的光晕。对于典型的遥远星系来说，只有百分之几能够真正逃脱。这就是天文学家现在能够看到的110亿年前存在于一个非常年轻、活跃的宇宙中的类似星系。这对于研究年轻宇宙具有重要意义，这些光子在年轻宇宙中非常重要，但通常仅在每个星系的最中心部分进行测量。图片来源：ESO/L。卡尔卡达。

为了了解我们的银河系是如何形成和演化的，天文学家依靠观测遥远的星系。由于它们的光需要数十亿年才能到达我们，只要我们有一个清晰的指示器来精确确定与被观察物体的距离，望远镜就可以用作时间机器。与距离较近的星系、恒星和行星一样，天文学家使用光谱技术来分析它们的光，将其分散成光谱。

然后，科学家寻找特征(光谱线)，以了解物体的成分、温度和运动等属性。对于最遥远的星系，通常只有一个光谱特征很突出，即与氢气相关的所谓莱曼阿尔法线。

乔里特·马蒂评论道：“遥远星系中新生恒星的温度足以分解周围气体云中的氢，然后这些气体在莱曼阿尔法光中发出明亮的光芒，理论上这是在遥远星系中可观测到的最强的此类特征。然而在实践中，莱曼阿尔法光子很难逃离星系，因为气体和尘埃阻挡并分散了它们的传播路径，这使得它成为一个复杂的理解过程。”

天文学家利用加那利群岛拉帕尔马岛的艾萨克·牛顿望远镜(INT)开发了一项独特的实验来研究近1000个遥远的星系。他们使用广域相机和定制的滤光片调查了天空，以测量莱曼阿尔法的产生位置、含量以及它从星系中产生的位置。

大卫·索布拉尔(DavidSobral)说：“我们在INT上花费了数十个专门的夜晚来了解莱曼阿尔法光子如何逃逸以及从哪些星系逃逸。我们回顾了110亿年的时间，这基本上是我们识别遥远星系并对其进行详细研究的极限。最重要的是，我们能够准确预测每个星系中有效产生了多少莱曼阿尔法光子以及发生的位置。然后我们将它们与实际达到INT的那些进行比较。”

结果表明，只有1-2%的光子从银河系等星系中心逃逸。即使我们考虑到距离中心很远的所有光子，逃逸的光子也只有不到10%。

“在遥远的宇宙中形成恒星的星系似乎被一个令人印象深刻的巨大而微弱的莱曼阿尔法光子光环所包围，这些光子必须在几乎无休止的一系列吸收和再发射事件中传播数十万光年，直到它们终于自由了。我们现在需要确切地了解这种情况是如何以及为何发生的”，索布拉尔补充道。

当詹姆斯·韦伯太空望远镜于2018年开始运行时，天文学家希望能够回顾更遥远的过去，为第一批星系和恒星打开一扇新的窗口。研究逃逸分数如何随时间演变可以告诉我们产生这些光子的恒星类型以及星际和星系间气体的特性。

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