JWST發現了一個年輕的星系，其金屬含量驚人

天體物理學家與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）合作，在3.5億年后的星系中發現了數量驚人的金屬。大爆炸.

這如何符合我們對宇宙的理解？

宇宙第一種金屬的起源是天體物理學中的一個基本問題。

大爆炸后不久，宇宙幾乎被構成完全由氫氣組成，最簡單的元素。有一點氦，甚至更少的鋰，可能還有極少量的鈹。當您查看元素周期表時，這些是前四個。

在天文學中，所有比氫和氦重的元素都稱為金屬。

金屬是在恒星中產生的，而不是在其他地方產生的（除了大爆炸本身產生的少量金屬）。

追蹤宇宙金屬從大爆炸到現在的形成是天體物理學的基本任務之一。

金屬性是我們研究宇宙的一個基本概念。沒有金屬，巖石行星就無法形成。生活也不能。在連續幾代恒星中，宇宙的金屬性有所增加。因此，有一個潛在的軌跡，它源于最初的金屬，并直接通向我們。

對古代星系的研究是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的主要任務之一。這JWST高級深部銀河系外巡天（JADES）檢查了天空中的一個區域，尋找微弱的早期星系。通過回顧宇宙的早期星系，JWST揭示了古老的金屬性。

一組研究小組與JADES觀測合作，檢查了大爆炸后僅3.5億年的星系，并發現了碳。他們可能還發現了氧氣和氖，這些都是天文學中的金屬。

他們的研究結果發表在一篇題為JADES：在富含氣體的星系中，大爆炸后的碳富集了350 MYR。主要作者是劍橋大學卡夫利宇宙學研究所的博士后天體物理學家Francesco D'Eugenio。

宇宙中形成的第一批恒星被稱為第三種群星.它們是最古老的恒星，它們質量巨大，發光，熾熱，幾乎沒有金屬。他們持有的少量金屬來自他們數量中的第一顆超新星。

我們對第三族恒星的大部分了解都是理論上的，因為這些古老的恒星，在它們的古老星系中，極難觀測。但JWST有能力做到這一點。它看不見單個星星，但它很強大NIRSpec（近紅外光譜）（近紅外光譜儀）儀器可以通過它們的光信號來檢測星系中的不同元素。

這項新研究基于href=“https://theconversation.com/looking-back-toward-cosmic-dawn-astronomers-confirm-the-faintest-galaxy-ever-seen-207602”>宇宙黎明的星系，這是宇宙歷史上的一個關鍵時代。當研究人員研究JWST的觀測結果時，他們發現了銀河系中意想不到的碳量。它要么在星際介質（ISM）中，要么在環銀河介質（CGM）中。

“這是對金屬轉變的最遠的檢測，也是最遙遠的檢測紅移通過發射線確定，“他們解釋道。這也是迄今為止發現的“化學富集的最遙遠的證據”。

這種檢測直接與我們對無金屬的理解相沖突第三族 星星.

“對C iii及其高EW（等效寬度）的探測排除了原始恒星種群的情況，”作者寫道。

如果韋伯排除了原始的、無金屬的第三族恒星的存在，那就是個大新聞。這是強大的太空望遠鏡顛覆我們對周圍宇宙的最佳解釋的另一個例子。

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了解，它們的存在是有道理的。

但第三族恒星從來都不是確定的。

當這樣的事情被發現時，科學家們會煞費苦心地考慮他們所看到的所有其他可能的解釋。他們真的在這個遙遠的古老星系的恒星中看到了碳嗎？或者這些排放的背后可能還有其他原因嗎？

這個古老的星系不僅僅是恒星。它也是超大規模的家園黑洞（SMBH）。當SMBH以物質為食時，它可以作為活躍的星系核（AGN）明亮地耀斑。這個光信號可能就是JWST所看到的。

“此外，超大規模吸積黑洞已經在這個星系中被發現，這表明這種特殊的化學豐度可能主要與其核區域有關，“研究人員解釋說。

銀河系中還有另一個潛在的碳來源。它們是AGB恒星——漸近巨分支星。AGB恒星不像超新星祖先那樣是大型爆炸性恒星，但它們是離開主序帶的大恒星。與超新星相比，AGB恒星溫和地產生金屬。

但是一顆恒星需要很長時間才能演變成AGB恒星。當宇宙只有3.5億年的歷史時，沒有恒星的壽命足以成為AGB。

“在這些早期時期，AGB恒星不能為碳富集做出貢獻，”作者寫道。

最后，研究人員報告了碳的檢測，但他們無法確切地告訴我們它來自哪里。他們寫道，它們可能是“第三族祖先的第一代超新星的遺產”。

JWST被推到了極限，看到了這個早期的星系。“這種對最遙遠的金屬轉變的檢測，提供了關于化學富集最早階段的寶貴信息，需要很長時間的暴露，”作者解釋說。由于銀河系的極度微弱，JWST花費了65個小時的時間來收集這些數據。

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性做出初步的解釋。使用65小時的JWST時間來研究一個星系的光譜學不是很實用，但這就是JWST需要為這種精確的光譜學所做的。這種情況在未來可能會改變。

“然而，在未來，大面積調查和引力透鏡可能有助于識別更多的高紅移星系，這些星系足夠明亮，可以在更短的曝光時間內進行深度光譜隨訪，”研究人員寫道。

當這種情況發生時，天體物理學家將擁有備受追捧的更大樣本量。有了這些有價值的數據，也許他們可以對這一令人驚訝的發現做出更堅定的解釋。

本文最初由今日宇宙.閱讀原文.

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