2024年5月24日发表在《科学》杂志上的文章探讨了宇宙早期星系中中性氢元素的丰度及其对星系形成的影响。研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的近红外光谱数据分析了12个红移大于8的星系。

通过光谱分析，研究人员发现三颗星系表现出强烈的阻尼莱曼α吸收，表明这些星系周围存在大量中性氢原子。这三颗星系位于红移8.8、10.2和11.4处，对应于大爆炸后约4亿至6亿年，宇宙当时只有138亿年总寿命的3%-4%，可谓极早。

这些星系的中性氢柱密度达到10^22 cm^-2，比完全中性的星系际介质高出一个数量级。这表明这些年轻的星系中存在丰富的可用于星系形成的气体。

文章考察了这些星系的光谱特征，测量了它们的红移和氧丰度，确认了它们的恒星形成速率在1到15个太阳质量每年之间。通过模型拟合，研究人员确定了这些星系中的中性氢主要来自星系内部或其附近区域，而非星系际介质。

研究结果表明，早期宇宙中的星系周围存在大量中性氢，这些氢气体对电离光子具有高度遮蔽作用，影响了星系的电离辐射逃逸率。这一发现对于理解早期宇宙的星系形成和大规模电离过程具有重要意义。

宇宙的形成和演化是一个宏大的过程，始于138亿年前的大爆炸。随着宇宙的膨胀和冷却，重力让物质聚集，形成了最早的星系和恒星。早期的恒星通过核聚变产生了更重的元素，在其生命末期通过超新星爆发将这些元素散播到周围空间。

星系的形成和演化涉及引力、恒星形成、星系合并等过程。恒星形成和超新星爆发影响着星系际介质的温度、电离状态，甚至可能将部分气体驱逐出星系。

暗物质和暗能量也参与了宇宙的形成与演化。暗物质的引力促进了物质聚集，而暗能量则驱动着宇宙的加速膨胀。

通过对星系、恒星和星系际介质的研究，科学家们不断揭示着宇宙演化的细节。现代天文学和宇宙学的研究集中于理解这些演化过程背后的物理机制，解答我们对宇宙起源和命运的疑问。