韋伯太空望遠鏡數據與宇宙再游離模型衝突

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的最新觀測資料，宇宙「再游離」時期結束時間與現有模型產生衝突。

回顧宇宙的歷史，大爆炸（Big Bang）後38萬年間，宇宙是由質子和電子組成的高溫緻密電漿湯。溫度逐漸降低，質子和電子開始結合，形成中性氫原子。之後宇宙進入黑暗期，充滿冰冷且不發光的中性氫霧，直到大霹靂約億年後，第一代恆星和星系形成，天體釋放強烈紫外線，出現大量游離中性氫霧，稱為宇宙「再游離」（Reionization）期。約大霹靂後十億年，宇宙大部分氫霧游離，再游離時期結束。

再游離使宇宙從冰冷不發光狀態，轉變成充滿電漿，此時宇宙已膨脹，電漿物質變稀薄，成為透明宇宙。第一代恆星和星系紫外線游離原本中性氫霧，讓紫外線穿透並抵達地球，使地球觀測者透過望遠鏡觀察此時期事件。天文學家無法直接觀測宇宙再游離過程，只能依賴模型推測結束時間，這些模型基於兩個間接證據：一是測量大霹靂餘輝的光量，也就是宇宙微波背景輻射；二是透過氫原子吸收譜線，尋找宇宙再游離後遺留的氫霧團。兩項證據幫助天文學家計算再游離過程多少氫被游離，並推算所需能量。

如今，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對現有模型提出挑戰。韋伯觀測顯示，第一代恆星和星系釋放的紫外線輻射比預期更多。若完全相信韋伯觀測結果，代表宇宙再游離於大霹靂後5.5億至6.5億年就結束，而非目前估計的十億年。然結果與宇宙微波背景輻射及再游離後觀測到的氫霧團數據不符，且與許多天文學家預估相反，過去認為第一代恆星和星系的紫外線輻射強度可能沒那麼大。

研究員認為，宇宙再游離期不太可能比預測提前數億年結束。那原因究竟是什麼？可能解釋是，游離後質子和電子重新結合，迅速恢復成中性氫原子。如果頻率比現有模型更高，那游離整個宇宙所需紫外線總量可能增加。之後天文學家需對第一代恆星和星系更深入觀測，同時也需要更完整解釋質子與電子重新結合的頻率。

宇宙再游離模擬：