IT之家 3 月 21 日消息，天文學家在迄今為止觀測到的最遙遠星系中發現了氧元素，這是人類首次在如此遙遠的距離上探測到氧的存在。這一發現不僅刷新了天文學的記錄，更對現有的星系演化理論提出了新的挑戰。
據IT之家瞭解，該星系被命名為 JADES-GS-z14-0，其形成於宇宙大爆炸後僅約 3 億年。根據天文學理論，處於這一時期的星系通常處於“嬰兒期”，其內部的重元素含量應該相對較少。然而，JADES-GS-z14-0 中的重元素含量卻達到了預期的 10 倍，顯示出該星系在宇宙早期就已經相當“成熟”，這對星系演化理論提出了挑戰。
JADES-GS-z14-0 是由詹姆斯・韋布空間望遠鏡（JWST）在 2024 年發現的。其發出的光經過了約 134 億年才抵達地球，相當於宇宙 138 億年歷史的 98%。而對該星系化學成分的精確分析則得益於阿塔卡馬大型毫米波 / 亞毫米波陣列（ALMA）的觀測。
“這就好比在一個本應只有嬰兒的地方，卻發現了青少年。”參與研究的萊頓天文台研究員桑德・舒夫斯表示，“這一結果表明，該星系不僅形成得非常迅速，而且成熟得也非常快，為星系形成速度遠超預期的證據庫增添了新的例證。”
JADES-GS-z14-0 是 JWST 高級深空系外星系調查（JADES）項目中發現的多個早期星系之一。該專案旨在深入研究宇宙早期的恆星、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鍵線索。
要理解在像 JADES-GS-z14-0 這樣的早期星系中發現大量重元素為何令人驚訝，我們需要瞭解宇宙早期的化學成分。當宇宙年齡僅為當前的 2% 時，科學家認為宇宙主要由氫（宇宙中最輕的元素）、少量氦以及极微量的重元素（天文學家將其稱為“金屬”）組成。因此，處於這一時期的恆星和星系本應是“金屬匱乏”的。
隨著第一批恆星死亡併發生超新星爆炸，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雲中，使這些氣體雲富含金屬，進而形成了下一代富含金屬的恆星。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 億年時就已表現出“成熟”狀態，這與理論預期不符。
“這一出乎意料的結果讓我震驚，因為它為我們打開了一扇通往星系演化早期階段的新視窗。”義大利比薩高等師範學校的團隊成員斯特凡諾・卡尼亞尼表示，“一個星系在宇宙嬰兒期就已經成熟的證據引發了關於星系何時以及如何形成的疑問。”
此外，氧元素在 JADES-GS-z14-0 中的發現還使得天文學家能夠更精確地測量該星系與地球之間的距離。義大利比薩高等師範學校的團隊成員埃萊奧諾拉・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值，誤差僅為 0.005%。這種精度相當於在 1 公里的距離內精確到 5 釐米，有助於我們更準確地瞭解遙遠星系的特性。”
雖然 JWST 發現了這一極為遙遠的星系，但如果沒有 ALMA 的協助，對其距離的精確測量將無法實現。“這充分展示了 ALMA 與 JWST 之間驚人的協同作用，它們共同揭示了首批星系的形成和演化過程。”萊頓天文臺的天文學家、團隊成員里查德・布恩斯說道。
歐洲 ALMA 區域中心的天文學家格格・波平並未參與此次研究，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後可能比之前認為的形成得更快。這一結果凸顯了 ALMA 在揭示首批星系形成條件方面的重要作用。”
目前，該研究團隊的成果已被《天體物理學雜誌》接受發表。