研究人员报告了对宇宙中最早形成的一些星系的观测结果，这些星系在大爆炸后不到10亿年(或130亿年前略多一点)。数据显示，在几个特定波长的红外光中，这些星系比科学家预期的要亮得多。这项研究首次对这一时期的大量星系样本证实了这一现象，表明这些不是亮度过高的特殊情况，而是当时存在的平均星系在这些波长上比我们今天看到的星系要亮得多。

没有人确切地知道宇宙中第一批恒星是何时诞生的。但有证据表明，在大爆炸后大约1亿到2亿年之间，宇宙中充满了中性的氢气，这些氢气可能刚刚开始合并成恒星，然后开始形成第一批星系。大爆炸后大约10亿年，宇宙变成了一片闪闪发光的苍穹。其他一些东西也发生了变化:无处不在的中性氢气的电子在一个被称为电离的过程中被剥离了。再电离时代——从一个充满中性氢的宇宙到一个充满电离氢的宇宙的转变——有很好的记录。

在这种宇宙范围的转变之前，长波形式的光，如无线电波和可见光，或多或少地不受阻碍地穿越宇宙。但是波长较短的光——包括紫外线、x射线和伽马射线——会被中性氢原子阻挡。这些碰撞会剥离中性氢原子的电子，使它们电离。

但是是什么可能产生足够的电离辐射来影响宇宙中所有的氢呢?是个别的明星吗?巨型星系?如果其中任何一个是罪魁祸首，那么这些早期的宇宙殖民者将与大多数现代恒星和星系不同，它们通常不会释放大量的电离辐射。但话说回来，也许是其他东西完全导致了这一事件，比如类星体——由围绕超大质量黑洞运行的大量物质提供能量的星系，其中心非常明亮。

“这是观测宇宙学中最大的未决问题之一，”该研究的主要作者、瑞士日内瓦大学的博士后研究员斯蒂芬·德·巴罗斯(Stephane De Barros)说。“我们知道它发生了，但是什么导致了它?这些新发现可能是一个重要的线索。”

为了回溯到再电离时代刚刚结束之前的时代，斯皮策望远镜凝视着天空的两个区域，每个区域都超过200小时，这使得太空望远镜能够收集到经过130多亿年才到达我们这里的光。

作为斯皮策有史以来进行的最长的科学观测，它们是一项名为great的观测活动的一部分，该活动是斯皮策GOODS再电离时代广域宝库的简称。GOODS(本身是大天文台起源深度调查的缩写)是另一个对一些大目标进行首次观测的项目。这项研究还使用了美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜的档案数据。

利用斯皮策的这些超深度观测，天文学家团队观察了135个遥远的星系，发现它们在两个特定波长的红外光中都特别明亮，红外光是由电离辐射与星系内的氢气和氧气相互作用产生的。这意味着这些星系主要由年轻的大质量恒星组成，这些恒星主要由氢和氦组成。与普通现代星系中的恒星相比，它们含有非常少量的“重”元素(如氮、碳和氧)。

这些恒星并不是宇宙中最早形成的恒星(那些恒星只由氢和氦组成)，但它们仍然是早期恒星的成员。再电离时代并不是一个瞬间发生的事件，所以虽然新的结果还不足以结束这个宇宙事件，但它们确实提供了关于宇宙在这个时候是如何进化的新细节，以及转变是如何进行的。

位于加州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室的斯皮策项目科学家迈克尔·维尔纳(Michael Werner)说:“我们没有想到，斯皮策望远镜的镜子还没有呼拉圈大，它能够看到如此接近时间黎明的星系。”“但大自然充满了惊喜，这些早期星系意想不到的亮度，加上斯皮策的出色表现，使它们处于我们小而强大的天文台的范围内。”

NASA / CSA / ESA的詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，它将用斯皮策观测到的许多相同波长来研究宇宙。但是，斯皮策的主镜直径只有85厘米，而韦伯的主镜直径为6.5米——大约是它的7.5倍——这使得韦伯能够更详细地研究这些星系。事实上，韦伯将尝试探测宇宙中第一批恒星和星系发出的光。新的研究表明，由于它们在红外波段的亮度，斯皮策观测到的星系对韦伯来说比以前想象的更容易研究。

“斯皮策的这些结果无疑是解开宇宙再电离之谜的又一步，”日内瓦大学助理教授、该研究的合著者帕斯卡尔·奥施(Pascal Oesch)说。“我们现在知道，这些早期星系的物理条件与今天典型的星系非常不同。这将是詹姆斯韦伯太空望远镜的工作，以找出其中的详细原因。”