最遙遠(yuǎn)星系驚現(xiàn)氧元素！韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)星系演化理論："如同在嬰兒房發(fā)現(xiàn)青少年"

“這一意外結(jié)果讓我感到震驚，它們?yōu)樾窍笛莼跫?jí)階段提供了全新視角。”

[圖片說(shuō)明：ALMA迄今觀測(cè)到的最早、最遙遠(yuǎn)星系JADES-GS-z14-0位置的特寫影像。

圖片來(lái)源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani等/S. Schouws等/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson（加州大學(xué)圣克魯茲分校）、Ben Johnson（哈佛-史密森天體物理中心）、Sandro Tacchella（劍橋大學(xué)）、Phill Cargile（哈佛-史密森天體物理中心）]

天文學(xué)家在迄今觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)、最古老的星系中發(fā)現(xiàn)了氧元素，這標(biāo)志著人類迄今探測(cè)到的最遙遠(yuǎn)氧元素信號(hào)。

這個(gè)早期星系被命名為JADES-GS-z14-0，其重元素含量是大爆炸后僅3億年的星系的10倍。這些發(fā)現(xiàn)表明，該星系在早期宇宙中已經(jīng)成熟，挑戰(zhàn)了現(xiàn)有星系演化理論。

JADES-GS-z14-0由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）于2024年發(fā)現(xiàn)，其光線歷時(shí)約134億年才抵達(dá)地球，相當(dāng)于宇宙138億年壽命的98%。阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列射電望遠(yuǎn)鏡（ALMA）則揭示了該星系的化學(xué)組成之謎。

[圖片說(shuō)明：迄今發(fā)現(xiàn)含氧的最早星系JADES-GS-z14-0的插圖。

圖片來(lái)源：ESO/M. Kornmesser]

"這就像在預(yù)期只有嬰兒的地方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)青少年，"團(tuán)隊(duì)成員、萊頓天文臺(tái)研究員Sander Schouws在一份聲明中表示，“結(jié)果表明，這個(gè)星系形成極快且成熟迅速，這樣就有了更多證據(jù)證明星系形成速度遠(yuǎn)超預(yù)期?！?/p>

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JADES-GS-z14-0是JWST高級(jí)深空河外巡天（JADES）項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的多個(gè)早期星系之一。該項(xiàng)目旨在揭示138億歲的宇宙幼年時(shí)期原始星系中恒星、氣體與黑洞的演化奧秘。

為何JADES-GS-z14-0富含金屬？

要理解為什么在JADES-GS-z14-0這樣的早期星系中發(fā)現(xiàn)重元素如此令人驚訝，這就有必要考慮宇宙嬰兒期的化學(xué)組成。

科學(xué)家認(rèn)為：當(dāng)宇宙僅為當(dāng)前年齡的2%時(shí)，它主要由最輕元素氫、少量氦及微量較重元素（天文學(xué)中籠統(tǒng)稱之為"金屬"）構(gòu)成。這意味著這一時(shí)期的恒星與星系相應(yīng)地呈現(xiàn)出"金屬匱乏"的特征。

隨著初代恒星死亡并爆發(fā)成為超新星，其生前鍛造的金屬元素爆炸后被拋灑至母星系氣體云中，孕育出金屬更豐富的下一代恒星。這意味著星系年齡越大，它的"成熟度"就越能通過(guò)它的金屬豐度來(lái)衡量。然而，誕生于宇宙3億歲的JADES-GS-z14-0本應(yīng)呈現(xiàn)金屬匱乏且幼稚的狀態(tài)，它卻顯得成熟。

"這一意外結(jié)果讓我感到震驚，它們?yōu)樾窍笛莼跫?jí)階段提供了全新視角，"意大利比薩高等師范學(xué)校團(tuán)隊(duì)成員Stefano Carniani表示，"星系在宇宙嬰兒期即已成熟的證據(jù)，促使我們重新思考星系形成的時(shí)間與機(jī)制。"

[圖片說(shuō)明：ALMA觀測(cè)到的已知最遙遠(yuǎn)星系JADES-GS-z14-0及其緊鄰得兩個(gè)氧發(fā)射線光譜。

圖片來(lái)源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani等/S. Schouws等/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson（加州大學(xué)圣克魯茲分校）、Ben Johnson（哈佛-史密森天體物理中心）、Sandro Tacchella（劍橋大學(xué)）、Phill Cargile（哈佛-史密森天體物理中心）]

在早期星系中探測(cè)到氧元素也使得天文學(xué)家可以更精確地測(cè)定到JADES-GS-z14-0的距離，ALMA的觀測(cè)將星系距離測(cè)量精度提升至0.005%的誤差范圍，"意大利比薩高等師范學(xué)校的團(tuán)隊(duì)成員Eleonora Parlanti解釋道，"這種精確程度相當(dāng)于測(cè)量1公里的距離，誤差可以控制在5厘米之內(nèi)，這極大優(yōu)化了我們對(duì)遙遠(yuǎn)星系性質(zhì)的理解。"

盡管JWST發(fā)現(xiàn)了這個(gè)相當(dāng)遙遠(yuǎn)的星系，但距離的精確測(cè)定卻離不開(kāi)ALMA?！罢茿LMA與JWST驚人的協(xié)同效作用才得以揭示首批星系的形成與演化，”團(tuán)隊(duì)成員及萊頓天文臺(tái)天文學(xué)家Rychard Bouwensz在聲明中說(shuō)道。

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未參與該項(xiàng)研究的歐洲ALMA區(qū)域中心天文學(xué)家Gerg? Popping表示："JADES-GS-z14-0中清晰的氧信號(hào)令我震驚。這表明星系在大爆炸后形成的速度可能比我們之前認(rèn)為的快很多。該成果彰顯了ALMA在破解宇宙首批星系形成條件中的關(guān)鍵作用。"

該團(tuán)隊(duì)研究成果已被《天體物理學(xué)雜志》接收發(fā)表。

BY: Robert Lea

FY: Brite Sun

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