JWST有能力看到宇宙中最古老的星系，正如它的年歷第一張深視野圖所示。現(xiàn)在，史的數(shù)量屬
天體物理學(xué)家在其中一個古老的星系星系中發(fā)現(xiàn)了碳。鳴謝:uux.cn/美國國家航空航天局、驚人歐空局、有億擁加空局和STScI
（神秘的年歷地球uux.cn）據(jù)今日宇宙（埃文·高夫）：與JWST合作的天體物理學(xué)家在大爆炸后僅3.5億年的星系中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量驚人的金屬。這和我們對宇宙的史的數(shù)量屬理解有什么關(guān)系呢？
宇宙中第一批金屬的起源是天體物理學(xué)中的一個基本問題。大爆炸后不久，星系宇宙幾乎完全由最簡單的驚人元素氫組成。有少量的有億擁氦，甚至更少的年歷鋰，可能還有極少量的史的數(shù)量屬鈹。當(dāng)你看元素周期表時，星系那是驚人
前四個。
在天文學(xué)中，所有比氫和氦重的元素都被稱為金屬。金屬產(chǎn)生于恒星，而不是其他地方(除了大爆炸本身產(chǎn)生的極少量金屬)。)追蹤從大爆炸到現(xiàn)在宇宙金屬的形成是天體物理學(xué)的基本任務(wù)之一。
金屬性是我們研究宇宙的一個基本概念。沒有金屬，巖石行星無法形成。生活也不能。在連續(xù)幾代的恒星中，宇宙的金屬含量增加了。所以有一個潛在的軌跡，源于第一批金屬，直接指向我們。
研究古老的星系是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的主要任務(wù)之一。JWST高級深河外巡天(JADES)檢查了天空中的一個區(qū)域，尋找昏暗的早期星系。通過對宇宙早期星系的回溯，JWST揭示了古老的金屬性。
一組研究人員利用JADES觀測研究了大爆炸后僅3.5億年的一個星系，并發(fā)現(xiàn)了碳。他們可能還發(fā)現(xiàn)了氧和氖，這些都是天文學(xué)中的金屬。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上的一篇新論文中，題為“JADES:富含氣體的星系大爆炸后碳富集350 Myr。”第一作者是Francesco D'Eugenio，他是劍橋大學(xué)Kavli宇宙學(xué)研究所的博士后天體物理學(xué)家。
這幅圖展示了從大爆炸到現(xiàn)在宇宙紀(jì)元的“時間之箭”。根據(jù)目前的理論，在由第三族恒星主導(dǎo)的早期宇宙中，幾乎沒有金屬。信用:uux.cn/美國國家航空航天局
宇宙中形成的第一批恒星被稱為三族恒星。它們是最古老的恒星，巨大、明亮、熾熱，幾乎沒有金屬。他們持有的微量金屬來自他們恒星中的第一批超新星。
我們關(guān)于第三族恒星的大部分知識都是理論上的，因為這些古老的恒星，在它們古老的星系中，極難觀察到。但是JWST有這個能力。它不能識別單個恒星，但它強大的NIRSpec儀器可以通過它們的指示性光信號探測銀河系中的不同元素。
這項新研究基于宇宙黎明附近z=12.5的星系，宇宙黎明是宇宙歷史上的一個關(guān)鍵時期。當(dāng)研究人員研究JWST的觀測結(jié)果時，他們發(fā)現(xiàn)銀河系中有意想不到的碳含量。它要么在星際介質(zhì)(ISM)中，要么在環(huán)銀河介質(zhì)(CGM)中。)“這是最遙遠的金屬躍遷探測，也是通過發(fā)射線確定的最遙遠的紅移，”他們解釋道。這也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的“最遙遠的化學(xué)濃縮證據(jù)”。
這一探測直接與我們對無金屬的第三族恒星的認(rèn)識發(fā)生碰撞。“C iii的探測——及其高EW(等效寬度)——排除了原始恒星群體的情況，”作者寫道。
如果韋伯已經(jīng)排除了原始的、無金屬的人口III恒星的存在，那就是一個大新聞。這是強大的太空望遠鏡顛覆我們對我們周圍看到的宇宙的最佳解釋的又一個例子。但這并不完全令人震驚；第三族恒星的存在是理論上的。考慮到我們對宇宙的其他了解，它們的存在是有意義的。
但是《第三人口》中的明星從來都不是必然的。
這位藝術(shù)家的插圖顯示了一個超大質(zhì)量黑洞及其活躍的星系核。鳴謝:uux.cn/美國國家航空航天局/戈達德太空飛行中心概念圖像實驗室
當(dāng)這樣的東西被發(fā)現(xiàn)時，科學(xué)家們會煞費苦心地考慮他們所看到的一切其他可能的解釋。
他們真的在這個遙遠、古老的星系的恒星中發(fā)現(xiàn)了碳嗎？或者這些排放背后還有其他原因？古老的星系不僅僅只有恒星。它也是超大質(zhì)量黑洞(SMBH)的所在地。)當(dāng)SMBH以物質(zhì)為食時，它會像活躍的星系核一樣明亮地閃耀(AGN。)那個光信號可能就是JWST所看到的。
“此外，在這個星系中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量的吸積黑洞，這表明這種特殊的化學(xué)豐度可能主要與其核區(qū)域有關(guān)，”研究人員解釋道。
銀河系中還有另一種潛在的碳源。它們是AGB星——漸近巨型分支星。AGB星不像超新星前身那樣是大爆炸星，但它們是已經(jīng)離開主序的大恒星。與超新星相比，AGB恒星產(chǎn)生金屬的速度較慢。
但是一顆恒星演變成AGB恒星需要很長時間。當(dāng)宇宙只有3.5億歲的時候，沒有恒星能夠長壽到足以成為agb。“……AGB恒星不可能在這些早期階段對碳富集有貢獻，”作者寫道。
最后，研究人員報告了碳的檢測結(jié)果，但他們不能告訴我們碳的確切來源。他們寫道，它們可能是“……來自第三族祖先的第一代超新星的遺產(chǎn)”。
研究中的這個數(shù)字說明了一些發(fā)現(xiàn)。JWST有各種各樣的過濾器和棱鏡，用于不同的應(yīng)用，這使得一些圖像對于未經(jīng)訓(xùn)練的眼睛來說難以閱讀。這張照片的主要亮點是綠色的CIII尖峰。信貸:uux.cn/D '尤金尼奧等人2023。
JWST被推到極限來觀察這個早期星系。“這種對最遠金屬過渡的檢測，提供了關(guān)于化學(xué)富集最早階段的如此珍貴的信息，需要非常長的曝光時間，”作者解釋道。由于該星系極度昏暗，JWST時間花了65個小時收集這些數(shù)據(jù)。
即使有這么多的觀察時間，研究人員也只能對他們看到的金屬豐度做出嘗試性的解釋。用65個小時的JWST時間對一個星系進行光譜研究是不太實際的，但這就是JWST需要做的這種精確的光譜研究。這在未來可能會改變。
“然而，在未來，大面積的調(diào)查和引力透鏡可能有助于識別更多的高紅移星系，這些星系足夠亮，可以在較短的曝光時間內(nèi)進行深度光譜跟蹤，”研究人員寫道。
如果這種情況發(fā)生，天體物理學(xué)家將會得到更大的樣本量。有了這些有價值的數(shù)據(jù)，也許他們能對這一驚人的發(fā)現(xiàn)做出更堅定的解釋。
