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宇宙大爆炸后大概30万年，进入了黑暗时代。在那漫长的日子里，时间几乎是凝固的，没有恒星，没有星系，整个宇宙被中性氢所充满。
再次照亮宇宙的第一缕光从何而来？宇宙何时开始变得明亮？
中国科技大学王俊贤教授和中科院上海天文台郑振亚研究员及其合作者近日观测获得了一个宇宙早期（大爆炸后约8亿年，约为宇宙当前年龄6%时）的星系样本，并由此发现当时的宇宙中星际介质里氢的电离比例约50%。正如黎明之前的黑暗，在这个黑暗时代末期，宇宙第一代恒星和星系开始形成，它们发出的紫外光辐射电离了周围的中性氢，使得整个宇宙开始一点点明亮起来。
近日，这一突破性进展发表在国际一流天体物理期刊《天体物理快报》上。美国国家光学天文台当地时间7月11日，以“遥远的星系揭开宇宙黑暗时代末期的面纱”为题专门撰文报道了此项研究突破。
一个极具挑战性的问题
先来看一下宇宙的前世今生吧。
大约138亿年以前，我们的宇宙形成于一次大爆炸，当时的温度达到10亿摄氏度以上。氢元素和氦元素，就是这个时候产生的。大爆炸确定了氢和氦元素各自的比例，氢元素大概占整体数目的90%左右（质量上占75%）。
想象一下，整个宇宙当时就是一锅热粥，氢元素处于电离状态，那个时候的宇宙是明亮的。而随着温度下降，宇宙渐渐冷下来，曾经处于电离状态的氢元素变成了中性氢元素，它可以吸收宇宙中的紫外光，从而束缚住这些光子，使其无法自如到达远方。宇宙大爆炸后大概30万年，整个宇宙陷入了一片黑暗之中。
然而，在这宇宙的黑暗时期，在引力作用下，宇宙的结构开始逐步形成：氢元素形成了第一代恒星和星系，第一代恒星的质量可能非常大，相当于几百个太阳。这些恒星聚变时产生了大量的紫外光子，产生了许多像气泡一样的电离泡。随着电离作用加快，在某个特殊阶段，整个宇宙的星际介质再次变成电离环境，从而结束了宇宙的黑暗时代。
这个过程被称之为“再电离”。虽然天文学家知道其发生于宇宙大爆炸后大约3亿年至10亿年之间，宇宙第一代星系在其中起到了显著作用，但确定再电离的细致过程以及第一代星系何时形成一直是天体物理前沿一个极具挑战性的问题。
宇宙8亿年，“大雾”开始消散