昴星团望远镜与韦伯望远镜联手测量早期宇宙光线的逃逸
精选图片： [再电离纪元早期星系中逃逸的莱曼α辐射的艺术想象图；图片来源：NAOJ/NASA/ESA]
由东京大学的清水俊太领导的日本天文学家团队，结合莫纳克亚山上的昴星团望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，首次直接测量了再电离纪元期间的莱曼α（Lyα）逃逸分数。这项结果以预印本形式提交至《皇家天文学会月报》，揭示在红移6.2处（当时宇宙年龄不足10亿年），大约10%的电离光子从星系中逃逸出来。
这项测量之所以重要，是因为它解决了宇宙学中最持久的未解问题之一：是什么推动了宇宙再电离,,即中性氢雾被驱散、宇宙变得对光透明的那一时期。
巧妙的滤光片技巧
研究团队利用了滤光片波长上的罕见巧合。JWST的NIRCam F470N滤光片（中心波长4.7微米）捕捉红移约6.2处星系的Hα发射。昴星团望远镜的Hyper Suprime-Cam（HSC）NB872滤光片（中心波长872纳米）捕捉完全相同红移处的Lyα发射。两者共同构成了一对独特的窄带滤光片组合，让天文学家能够测量同一星系在相同宇宙时期的两种氢重组谱线。
此前对高红移Lyα逃逸分数的测量依赖间接方法或小样本研究。本研究在JWST CEERS（宇宙演化早期释放科学）天区中识别出84个Hα发射体（HAE），其中56个在昴星团望远镜NB872波段获得了可靠测光，19个显示出超过2西格玛阈值的Lyα发射。
通过完整性加权对数据进行叠加分析，得出中位逃逸分数为0.106，非对称误差为正0.066和负0.044。换句话说，这些星系内部产生的每十个Lyα光子中大约有一个能真正逃逸到星系际介质中。
谁电离了宇宙？
再电离纪元大致跨越红移10到6，是第一批恒星和星系发射足够紫外线辐射、剥离宇宙中中性氢电子的时期。多年来，传统模型认为只有最暗弱、质量最小的星系才能产生足够的单位恒星质量电离光子来驱动这一转变。较亮的星系被认为将其Lyα光子困在充满尘埃或气体的星际介质中。
清水等人的研究结果挑战了这种图景。约10%的中位逃逸分数与其他类似红移的最新测量结果一致，但关键发现是这些星系是相对明亮的Hα发射体，而非超暗矮星系。
“如果Lyα逃逸示踪了莱曼连续谱的泄漏，”作者写道，”这可能表明相对明亮的HAE（而不仅仅是最暗弱的星系）可以在再电离期间为电离光子预算提供重要贡献。”
什么控制着逃逸？
这项研究还揭示了为什么有些星系让Lyα光子逃逸，而另一些则将其困住。研究团队发现，逃逸分数与Lyα等值宽度呈正相关，与紫外连续谱斜率（β）和静止系紫外尺寸呈负相关。具有陡峭紫外斜率的致密蓝色星系泄漏更多的Lyα。关键的是，逃逸分数与全球尘埃消光参数E(B-V)或静止系光学尺寸之间没有显著相关性。
这些结果表明，星系间Lyα逃逸的差异是由紫外波段可见的致密、低消光恒星形成组分驱动的，而非星系整体尘埃含量。一个尘埃少、恒星形成剧烈的小区域，即使位于更大、尘埃更多的星系内部，也能为Lyα光子开辟出一条清晰的通道。
再电离研究的新窗口
本研究中开创的双窄带技术为再电离纪元开辟了一个新的观测渠道。随着JWST继续其巡天计划，昴星团望远镜的HSC持续收集深度成像，同时拥有Hα和Lyα测量值的HAE样本将不断增长，从而加强对逃逸分数及其对星系特性依赖性的约束。
该论文（arXiv:2607.08264）已提交至MNRAS，列出了来自东京大学、京都大学、早稻田大学和国立天文台（NAOJ）等日本机构的18位作者。
婷 翻译