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第一批恆星和星系產生了強烈的紫外線輻射，分解了宇宙中像霧一樣的氫氣黑暗並不總是缺少光。也可能是光無法走得很遠。
就像最亮的車頭燈會被濃霧遮住一樣，宇宙中的第一顆恆星也會被它們周圍的環境所籠罩。天文學家稱這段時間為宇宙黑暗時代，他們正在慢慢解開它是如何以及何時結束的謎題。
最大的挑戰是天文學家依賴於光。沒有它，任何事物的直接觀察證據都很難獲得。即便如此，今年1月在美國天文學會會議上公布的新發現，提供了迄今為止最早的直接證據，證明宇宙迷霧消散的時間點，讓新生宇宙的光線得以暢通無阻地傳播。
是什麼生成了迷霧？
當光遇到物質時，許多事情都會發生。光可以反射回來，物質就像是一面鏡子，或者光可以直接通過，就像通過玻璃一樣，或者在某些特殊情況下，它可以被吸收。當光的能量恰好與它所遇到的原子的能量躍遷相對應時，就會出現這種特殊的情況（被吸收）。當這種情況發生時，原子吸收光的光子，並利用這些能量來增加自身電子的能量。
在大爆炸後的最初時刻，周圍沒有原子。然而，光仍然不能走得很遠，因為光在每一個轉彎處都會飛離自由電子。然後，第一個氫原子形成了，光子不再反彈。更重要的是，大多數光子的能量並不完全對應於氫的躍遷，所以它們可以自由地發射到宇宙中。宇宙微波背景可以追溯到這個時期，通常被稱為宇宙大爆炸38萬年後的「快照」。
再快進幾億年。氫氣充滿了宇宙。當氣體在重力作用下聚集在一起時，第一批恆星誕生了。但問題是：既然恆星和氣體是由相同的物質構成的，那麼恆星發出的大部分光的能量剛好能被它們周圍的氫吸收。對今天地球上的天文學家來說，這些恆星被氫霧籠罩著。
霧是怎麼消散的？
隨著更多的時間的流逝。星系繼續形成恆星，恆星繼續發光。有時，一個光子有足夠的能量將氫原子中的電子完全逐出，使原子電離。這個電離的氫沒有電子，所以它不吸收光。因此，星光可以自由地放大過去。
如果有足夠的時間，這些光子將會電離一個星系周圍的大部分氫，完全驅散迷霧，讓星光開始穿越宇宙到達我們這裡。
維多利亞大學的天文學家喬恩·威利斯說：「想像一下爆炸波穿過那片氣體雲，但它不是聲音。它是光子，這些光子基本上製造了一個越來越大的電離氣泡，直到光子可以逃逸的點。」
發生這種情況的宇宙時代被稱為再電離時代。天文學家認為它在大爆炸後10億年左右結束——這是早期宇宙的一個重要裡程碑。威利斯說：「當中性氫的面紗被揭開時，就會發生這種奇妙的物理轉變。」「在這個時期，我們今天看到的天體物理學才剛剛起步。」但再電離遠非一個瞬時過程。
我們能看到什麼
芬克爾斯坦和他的同事在早期宇宙中觀察到一個由三個星系組成的星系團，它們發出的光的能量剛好可以撞擊氫原子的一個電子。(這種被稱為「萊曼-阿爾法輻射」的光以電磁波譜中的紫外線部分發出，但當它穿過不斷膨脹的宇宙到達我們這裡時，它已經延伸到紅外線了。)
利用「宇宙黎明調查」的結果，他們掃描了天空中最黑暗的部分，尋找紅外光，然後把範圍縮小到一個看起來特別亮的區域。然後他們使用夏威夷的凱克望遠鏡放大到這個區域。
芬克爾斯坦說：「很多研究報告說，當時很難找到萊曼-阿爾法。」「不同的是，我們發現了多個具有強烈輻射的星系都聚集在同一個區域。「這些強烈的輻射是最早的直接證據，證明星系團發出的星光電離了足夠多的氫，使其能夠在大爆炸後約6.8億年突破。」
天文學家仍在試圖縮小再電離發生的時間窗口，以及它是如何發生的。雖然主流的理論認為是星光造成的，但另一種觀點認為是來自超大質量黑洞的光線造成的。
芬克爾斯坦說：「一旦我們詳細了解再電離是何時發生的，以及它是如何隨著時間的推移而演變的，那麼就可以非常嚴格地限制為再電離提供動力的各種力的模型。」如果它是星光，那麼關於光源的問題仍然存在：它是來自最亮、最大的星系，還是來自許多小星系？
新一代的望遠鏡，包括詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和寬視場紅外巡天望遠鏡，有望在未來幾年內飛上天空，嘗試回答這些問題。更重要的是，他們將能夠探測到早期氫氣沒有吸收的波長，這是目前的望遠鏡無法看到的。威利斯解釋說：「如果你觀察氫吸收的波長，就會發現它只是一個面紗。」
一旦我們看穿了這層面紗，誰知道關於早期宇宙的秘密還在等著我們呢？