IT之家 3 月 21 日消息，天文學(xué)家在迄今為止觀測到的最遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)了氧元素，這是人類首次在如此遙遠(yuǎn)的距離上探測到氧的存在。這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了天文學(xué)的記錄，更對現(xiàn)有的星系演化理論提出了新的挑戰(zhàn)。
據(jù)IT之家了解，該星系被命名為 JADES-GS-z14-0，其形成于宇宙大爆炸后僅約 3 億年。根據(jù)天文學(xué)理論，處于這一時(shí)期的星系通常處于“嬰兒期”，其內(nèi)部的重元素含量應(yīng)該相對較少。然而，JADES-GS-z14-0 中的重元素含量卻達(dá)到了預(yù)期的 10 倍，顯示出該星系在宇宙早期就已經(jīng)相當(dāng)“成熟”，這對星系演化理論提出了挑戰(zhàn)。
JADES-GS-z14-0 是由詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）在 2024 年發(fā)現(xiàn)的。其發(fā)出的光經(jīng)過了約 134 億年才抵達(dá)地球，相當(dāng)于宇宙 138 億年歷史的 98%。而對該星系化學(xué)成分的精確分析則得益于阿塔卡馬大型毫米波 / 亞毫米波陣列（ALMA）的觀測。
“這就好比在一個(gè)本應(yīng)只有嬰兒的地方，卻發(fā)現(xiàn)了青少年。”參與研究的萊頓天文臺(tái)研究員桑德?舒夫斯表示，“這一結(jié)果表明，該星系不僅形成得非常迅速，而且成熟得也非?？欤瑸樾窍敌纬伤俣冗h(yuǎn)超預(yù)期的證據(jù)庫增添了新的例證?！?/p>
JADES-GS-z14-0 是 JWST 高級(jí)深空系外星系調(diào)查（JADES）項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的多個(gè)早期星系之一。該項(xiàng)目旨在深入研究宇宙早期的恒星、氣體和黑洞在原始星系中的演化過程，為理解宇宙的起源和演化提供關(guān)鍵線索。
為何早期星系中會(huì)出現(xiàn)如此多的重元素？
要理解在像 JADES-GS-z14-0 這樣的早期星系中發(fā)現(xiàn)大量重元素為何令人驚訝，我們需要了解宇宙早期的化學(xué)成分。當(dāng)宇宙年齡僅為當(dāng)前的 2% 時(shí)，科學(xué)家認(rèn)為宇宙主要由氫（宇宙中最輕的元素）、少量氦以及極微量的重元素（天文學(xué)家將其稱為“金屬”）組成。因此，處于這一時(shí)期的恒星和星系本應(yīng)是“金屬匱乏”的。
隨著第一批恒星死亡并發(fā)生超新星爆炸，它們在生命過程中形成的金屬被分散到其宿主星系的氣體云中，使這些氣體云富含金屬，進(jìn)而形成了下一代富含金屬的恒星。這意味著，星系越古老，其“成熟度”就越可以通過其所含金屬的豐富程度來衡量。然而，JADES-GS-z14-0 在宇宙誕生僅 3 億年時(shí)就已表現(xiàn)出“成熟”狀態(tài)，這與理論預(yù)期不符。
“這一出乎意料的結(jié)果讓我震驚，因?yàn)樗鼮槲覀兇蜷_了一扇通往星系演化早期階段的新窗口?！币獯罄人_高等師范學(xué)校的團(tuán)隊(duì)成員斯特凡諾?卡尼亞尼表示，“一個(gè)星系在宇宙嬰兒期就已經(jīng)成熟的證據(jù)引發(fā)了關(guān)于星系何時(shí)以及如何形成的疑問。”
此外，氧元素在 JADES-GS-z14-0 中的發(fā)現(xiàn)還使得天文學(xué)家能夠更精確地測量該星系與地球之間的距離。意大利比薩高等師范學(xué)校的團(tuán)隊(duì)成員埃萊奧諾拉?帕蘭蒂表示：“ALMA 的探測為測量該星系的距離提供了極為精確的數(shù)值，誤差僅為 0.005%。這種精度相當(dāng)于在 1 公里的距離內(nèi)精確到 5 厘米，有助于我們更準(zhǔn)確地了解遙遠(yuǎn)星系的特性?！?/p>
雖然 JWST 發(fā)現(xiàn)了這一極為遙遠(yuǎn)的星系，但如果沒有 ALMA 的協(xié)助，對其距離的精確測量將無法實(shí)現(xiàn)?！斑@充分展示了 ALMA 與 JWST 之間驚人的協(xié)同作用，它們共同揭示了首批星系的形成和演化過程?！比R頓天文臺(tái)的天文學(xué)家、團(tuán)隊(duì)成員里查德?布恩斯說道。
歐洲 ALMA 區(qū)域中心的天文學(xué)家格格?波平并未參與此次研究，但他表示：“JADES-GS-z14-0 中氧元素的清晰探測讓我感到非常驚訝。這表明星系在大爆炸后可能比之前認(rèn)為的形成得更快。這一結(jié)果凸顯了 ALMA 在揭示首批星系形成條件方面的重要作用。”
目前，該研究團(tuán)隊(duì)的成果已被《天體物理學(xué)雜志》接受發(fā)表。
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