形成於宇宙大爆炸後極早期宇宙中的原始氣體雲。(網路圖片)
天文學家們近日首次成功觀測到形成於宇宙大爆炸後極早期宇宙中的原始氣體雲。這些氣體雲的化學組成符合理論預期，這一發現證明現有宇宙學模型中對於宇宙化學元素起源的解釋應當是正確的。
宇宙大爆炸中僅僅能產生質量最輕的元素，即氫和氦。在大爆炸發生數百萬年之後，第一批恆星才在氣體聚集塌縮作用下形成，這些恆星最終形成了更重的元素。在此之前，天文學家們尋遍宇宙，但是目光所及都有金屬元素的痕跡。這裡要注意一點，在天文學中，所謂的「金屬」指的是除去氫和氦之外的所有其他元素。
謝爾維亞·普羅恰斯卡(Xavier Prochaska)是美國加州大學聖克魯茲分校的天文學和天體物理學教授，他說：「我們一直致力於尋找宇宙中的原始物質，但是一直沒有成功，直到這一次。這是我們首次觀測到未受金屬污染，完全原始的氣體雲。」 普羅恰斯卡教授是一篇有關此項工作的，發表於11月10版《科學》雜誌的論文的合著者。論文第一作者則是該校研究生米歇爾·符馬加利(Michele Fumagalli)，另有一位合著者是佛蒙特州聖米歇爾學院的約翰·奧馬拉(John O'Meara)。
符馬加利解釋說：「這些氣體雲中缺乏金屬，顯示其成分非常原始。這一發現讓人振奮，因為這是人類首次確認早期宇宙中化學成分和大爆炸模型預言相符的原始氣體雲物質。」
研究人員此次調用夏威夷莫奈克亞山頂的凱克-1望遠鏡加裝HIRES光譜儀獲取了遙遠類星體發出的光線數據。他們將這些闇弱的星光分解成不同波段，這樣他們便能識別出哪些波段出現了缺失，這種缺失是光從遙遠的類星體抵達地球的路途中被物質吸收的結果。符馬加利說：「我們對光譜中的吸收譜線進行分析，這是光線被途中氣體吸收的結果。於是我們便能反推出光線途經旅途中遇到的氣體物質的成分。」
自然界中的每種元素都會在光譜中留下獨特的譜線。在這一氣體雲產生的譜線中，科學家們僅僅識別出氫元素和它的同位素氘產生的譜線。普羅恰斯卡教授說：「我們的探測儀器對氦元素不是特別敏感，但是我想如果我們的設備敏感度足夠高，我們是可以看到氦元素的譜線痕跡的。不過我們的儀器對碳，氧和硅元素的靈敏度很高，但是這些元素卻完全沒有被檢測到。」
在這一次的發現之前，人們測量到的宇宙中最低金屬度是太陽金屬度的1/1000。符馬加利說：「人們認為金屬度存在下限，他們認為不可能存在金屬度比太陽的1/1000更低的了。這是因為恆星爆發產生的金屬元素在宇宙中廣為播撒，幾乎不可能存在沒有被播撒到的角落。」因此他認為此次的發現多少有點出人意料。它可能將改變我們對於宇宙中恆星拋灑出的金屬元素分布模式的觀點。
研究者們估計此次觀測的這一原始氣體雲的金屬度約為太陽金屬度的十萬分之一。而在另一個極端，已知金屬度最高的的恆星或氣體雲中，其金屬度高達太陽的10倍。普羅恰斯卡說：「宇宙中不同區域的金屬丰度差異很大，因此這一發現為我們理解金屬元素在整個宇宙中的播撒分布提供了新的參照。」
當一臺強大的望遠鏡觀測遙遠的星系，它正在回溯時間。由於這些遙遠天體發出的光抵達地球需要時間，因此我們所觀察到的這些天體事實上只是它們久遠的過去的影像。此次分光觀測的原始氣體雲位於宇宙大爆炸後僅大約20億年，也就是在時間中回溯了幾乎120億年。根據現有模型認為，在那一時代星系正處於高速成長期，它們從周圍環境中大肆吸收低溫的氣體雲物質，但是這些所謂的「低溫氣體流」此前卻從未被觀測所證實。符馬加利認為他們此番所觀察到的原始氣體雲很可能就是這種低溫氣體流的構成物質。當然我們還需要更進一步的觀測數據來支持或否定這一觀點。
