宇宙曾是一片黑暗
在宇宙诞生后的最初几亿年里，整个宇宙处于完全的黑暗之中。没有星光，没有星系，只有一片由中性氢和氦组成的、均匀而寒冷的迷雾。天文学家将这段时期称为”宇宙暗纪元”（Cosmic Dark Ages）。
然后——大约在大爆炸后2亿到10亿年之间——有什么东西点亮了宇宙。第一批恒星开始燃烧，第一批星系开始聚集，它们发出的强烈紫外辐射一点一点地将周围的中性氢电离，就像晨光照进晨雾，逐渐驱散黑暗。
这个过程被天文学家称为”再电离时期”（Epoch of Reionization）。它是宇宙历史上最后一次全球性的相变——从那以后，宇宙就变成了我们今天看到的、充斥着星光和星系的结构。
韦伯望远镜带来突破
2021年底发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）彻底改变了我们对再电离时期的理解。
在韦伯之前，哈勃望远镜能看到的最远星系大约在宇宙年龄约5亿年处。但韦伯的红外视力穿透了更远的时空，在2025-2026年间带来了一个接一个的震撼发现。
2025年3月，韦伯望远镜发现了JADES-GS-z13-1——宇宙年龄仅约3.3亿年时的星系，并且获得了令人信服的证据表明它已经开始了再电离过程。正如路透社的报道所言，这是”捕捉到星系在关键时刻——刚好跨过暗纪元门槛——的瞬间快照”。
更令人震惊的是，韦伯发现的这些早期星系比理论预测的更亮、更大、结构更复杂。2025年底发表在《ScienceDaily》上的一项研究指出，早期宇宙中的星系并不是平静地、逐渐地成长的——它们看起来是一团”混沌的混乱”，充满了剧烈的恒星形成爆发和不规则的合并。
再电离是如何发生的？
再电离的具体机制是天体物理学中最活跃的研究领域之一。
主流的图景是这样的：第一批恒星（称为星族III恒星）在暗物质晕中形成，它们极其巨大——可达太阳质量的数百倍——而且由纯氢和氦组成，不含任何重元素。这些巨大的恒星以极快的速度燃烧，在短短几百万年内就以超新星的形式爆炸，向周围空间释放大量的高能紫外光子。
这些紫外光子撞击周围的中性氢原子，将它们分解为自由电子和质子——这个过程就是”电离”。随着越来越多的恒星和星系形成，电离泡逐渐扩大，最终连接在一起，完成了整个宇宙的再电离。
但韦伯的数据让这个图景变得复杂。2026年Phys.org的报道指出，通过引力透镜观测到的背景星系揭示了一个令人惊讶的事实：在宇宙不到10亿岁时，再电离过程就已经在不同的空间区域以不同的速度推进——有些地方电离得早，有些地方晚，形成了极其不均匀的”瑞士奶酪”式结构。
暗物质和暗能量的线索
再电离时期的研究不仅关乎星系形成，它还可能揭示暗物质和暗能量的本质。
再电离的速率取决于早期星系的紫外光子产量——而这又取决于星系中恒星形成的效率。恒星形成效率又反过来依赖于暗物质的分布和性质。如果暗物质粒子具有某些特定的属性（例如温暗物质而非冷暗物质），它会影响早期结构形成的速率，进而在再电离历史上留下可观测的印记。
目前，正在建设中的平方公里阵列射电望远镜（SKA）和已经运行的HERA（氢再电离时代阵列）正在试图通过21厘米谱线——中性氢原子的特征辐射——直接绘制再电离过程的三维图景。当这些数据与韦伯的光学/红外观测结合时，我们将得到一个前所未有的、关于宇宙如何从黑暗走向光明的完整叙事。
未解之谜：是谁先亮的？
尽管取得了一系列突破，再电离时期的根本问题仍然悬而未决：究竟是谁最先点亮了宇宙？
是那些巨大的星族III恒星吗？还是第一批星系中心正在疯狂吸积物质的超大质量黑洞？——韦伯望远镜已经发现了多个在宇宙年龄不到5亿年时就拥有数亿太阳质量的黑洞，它们的形成速度远超传统理论的预期。
亦或是某种至今未被探测到的衰变粒子或暗物质湮灭过程提供了额外的能量输入？
每一种可能性都指向不同的物理图景。而这恰恰是科学最激动人心的时刻：当新的观测工具（如韦伯）产生的数据，迫使我们重新审视那些我们以为已经理解的宇宙历史。
从黑暗中诞生光明
再电离时期的故事，在某种意义上也是人类好奇心的故事。在那长达数亿年的黑暗之后，第一缕星光穿透了宇宙的迷雾——而在130多亿年后，一个物种学会了建造望远镜，去回望那片正在消散的黑暗。
每一次韦伯望远镜的新观测，都是对那个黎明时刻的一次重访。我们正在看着宇宙学会发光——还有什么比这更壮丽的事呢？