天文学家在最遥远星系中发现氧元素，挑战星系演化理论

IT之家消息提到，天文学家在观测到的最遥远星系之一中发现了氧元素，这是人类首次在如此遥远的距离上检测到氧的存在。这一发现不仅打破了天文学的记录，也对现行的星系演化理论提出了新挑战。

据悉，这个星系被命名为 JADES-GS-z14-0，形成于大爆炸后约3亿年。根据天文学理论，在这个时期，星系通常处于"婴儿期"，内部重元素含量应该相对较低。然而，JADES-GS-z14-0中的重元素含量达到预期的10倍，显示出这个星系在宇宙初期就相当"成熟"，对星系演化理论提出了挑战。

这个星系是詹姆斯・韦布空间望远镜（JWST）于2024年发现的。其光花了约134亿年才到达地球，相当于宇宙138亿年历史的98%。对该星系化学成分的精确分析得益于阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的观测。

"这就像在一个原本只有婴儿的地方发现了青少年。"参与研究的莱顿天文台研究员桑德・舒夫斯表示，"这个结果表明，该星系形成迅速且非常成熟，为星系形成速度超乎预期提供了新证据。"

JADES-GS-z14-0 是JWST高级深空系外星系调查（JADES）项目中发现的早期星系之一。该项目旨在深入研究宇宙早期恒星、气体和黑洞在原始星系中的演化过程，为理解宇宙起源和演化提供关键线索。

为何早期星系中会富含重元素？

要理解在像JADES-GS-z14-0这样的早期星系中发现大量重元素为何令人惊讶，需要了解宇宙早期的化学成分。当宇宙年龄仅为现在的2%时，科学家认为宇宙主要由氢（宇宙中最轻的元素）、少量氦以及微量的重元素（天文学家称为"金属"）组成。因此，处于这一时期的恒星和星系本应是"金属匮乏"的。

随着第一批恒星死亡并发生超新星爆炸，它们在生命周期中形成的金属被分散到其宿主星系的气体云中，使这些气体云富含金属，从而形成了下一代富含金属的恒星。这意味着，星系越古老，其"成熟度"可以通过其金属丰度来衡量。然而，JADES-GS-z14-0在宇宙诞生仅3亿年时就展现出"成熟"的状态，与理论预期不符。

"这一意外的结果让我惊讶，因为它为我们展开了探究星系早期演化阶段的新机会。"意大利比萨高等师范学校的队员斯特凡诺・卡尼亚尼表示，"一个在宇宙婴儿期就表现成熟的星系的证据引发了对星系如何以及何时形成的质疑。"

此外，在JADES-GS-z14-0中发现的氧元素让天文学家能更精确地测量该星系与地球之间的距离。比萨高等师范学校的队员埃莱奥诺拉・帕兰蒂表示："ALMA的探测为测量星系距离提供了精确的数值，误差仅为0.005%。这样的精度相当于在1公里的范围内精确到5厘米，有助于我们更准确地了解遥远星系的特性。"

尽管JWST发现了这个遥远的星系，但没有ALMA的协助，精确测量距离将不可能。莱顿天文台的天文学家、队员里查德・布恩斯说："这展示了ALMA与JWST之间惊人的协作，它们一起揭示了首批星系的形成和演化过程。"

欧洲ALMA区域中心的天文学家格格・波平虽未参与此次研究，但他表示："JADES-GS-z14-0中氧元素的清晰探测让我感到非常惊讶。这表明星系可能比预期更快地形成。这一结果强调了ALMA在揭示最早星系形成条件方面的重要性。"

据悉，这份研究成果已被《天体物理学杂志》接受发表。

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