只有非常非常輕的元素諸如氫和氦是在大爆炸時形成的,較重的元素是數億年後在鍛造首批恆星以及隨後的恆星世代的熱熔爐內被合成的。雖然新近發現的氣體雲是大爆炸20億年後形成的,它們代表了宇宙誕生後數秒內就存在的最簡單的物質。
「這相當令人興奮,因為這是第一個完全符合大爆炸理論預言的原始氣體成份的證據,」加州大學聖克魯斯分校的Michele Fumagalli說,他是論文的第一作者,描述這個發現的論文今天在線發表在《科學》。
天文學家發現的兩團原始氣體雲可能位於星系周圍的可見的纖維狀區域之一中,上圖是計算機模擬圖。影像提供: Ceverino, Dekel &Primack
研究團隊利用10米凱克I望遠鏡上的HIRES譜儀分析了來自遙遠類星體的光,這些光被相干的氣體雲吸收了。通過觀測光被吸收的方式,天文學家可能確定了氣體雲內組成元素的成份,除了氫和其更重的同位素氘以外沒有發現任何其它東西。
「在大爆炸20億年後的氣體內觀測到重元素的缺乏是令人興奮的奇蹟,」Fumagalli告訴《今日天文學》。「這個發現之前,宇宙內金屬豐度的最低測量值大約是太陽的千分之一【金屬豐度描述了天體內比氫和氦重的重元素的豐富性】。基於這個經驗證據,人們開始相信宇宙結構的金屬豐度有一個下限值,金屬豐度不可能低於太陽的千分之一。」
然而新近發現的氣體雲只有太陽的金屬豐度的萬分之一。這個發現可能把天文學家帶到了所謂冷流的位置,冷流是迄今從未探測到的冷氣體流,它在構建星系中起到重要作用。
「我們知道星係為了恆星的形成需要持續不斷的補充新鮮燃料,」Fumagalli解釋道。「現代理論和模擬認為,這種吸積沿著並不富含重元素的冷氣體的纖維發生,但是不存在直接的觀測來證明這些理論模型。我們發現的兩團氣體雲由原始的冷氣體組成,類似預言中的那些冷流。這是誘人的,但是目前我們不知道這些氣體雲是否位於空的區域內或者位於星系的鄰近區域內。我們必須拍攝那部分天空的影像和其它光譜才能夠解答這個問題。」