JWST發(fā)現(xiàn)了一個(gè)年輕的星系，其金屬含量驚人

天體物理學(xué)家與詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）合作，在3.5億年后的星系中發(fā)現(xiàn)了數(shù)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(xué)中的一個(gè)基本問題。

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

在天文學(xué)中，所有比氫和氦重的元素都稱為金屬。

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

追蹤宇宙金屬從大爆炸到現(xiàn)在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(gè)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(xù)幾代恒星中，宇宙的金屬性有所增加。因此，有一個(gè)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(yuǎn)鏡的主要任務(wù)之一。這JWST高級深部銀河系外巡天（JADES）檢查了天空中的一個(gè)區(qū)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(fā)現(xiàn)了碳。他們可能還發(fā)現(xiàn)了氧氣和氖，這些都是天文學(xué)中的金屬。

他們的研究結(jié)果發(fā)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(xué)卡夫利宇宙學(xué)研究所的博士后天體物理學(xué)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(zhì)量巨大，發(fā)光，熾熱，幾乎沒有金屬。他們持有的少量金屬來自他們數(shù)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?yàn)檫@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(diǎn)。它看不見單個(gè)星星，但它很強(qiáng)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(xiàng)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(gè)關(guān)鍵時(shí)代。當(dāng)研究人員研究JWST的觀測結(jié)果時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了銀河系中意想不到的碳量。它要么在星際介質(zhì)（ISM）中，要么在環(huán)銀河介質(zhì)（CGM）中。

“這是對金屬轉(zhuǎn)變的最遠(yuǎn)的檢測，也是最遙遠(yuǎn)的檢測紅移通過發(fā)射線確定，“他們解釋道。這也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的“化學(xué)富集的最遙遠(yuǎn)的證據(jù)”。

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(gè)大新聞。這是強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡顛覆我們對周圍宇宙的最佳解釋的另一個(gè)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?？紤]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(dāng)這樣的事情被發(fā)現(xiàn)時(shí)，科學(xué)家們會煞費(fèi)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(gè)遙遠(yuǎn)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(gè)古老的星系不僅僅是恒星。它也是超大規(guī)模的家園黑洞（SMBH）。當(dāng)SMBH以物質(zhì)為食時(shí)，它可以作為活躍的星系核（AGN）明亮地耀斑。這個(gè)光信號可能就是JWST所看到的。

“此外，超大規(guī)模吸積黑洞已經(jīng)在這個(gè)星系中被發(fā)現(xiàn)，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)，“研究人員解釋說。

銀河系中還有另一個(gè)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(chǎn)生金屬。

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

“在這些早期時(shí)期，AGB恒星不能為碳富集做出貢獻(xiàn)，”作者寫道。

最后，研究人員報(bào)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(chǎn)”。

JWST被推到了極限，看到了這個(gè)早期的星系?！斑@種對最遙遠(yuǎn)的金屬轉(zhuǎn)變的檢測，提供了關(guān)于化學(xué)富集最早階段的寶貴信息，需要很長時(shí)間的暴露，”作者解釋說。由于銀河系的極度微弱，JWST花費(fèi)了65個(gè)小時(shí)的時(shí)間來收集這些數(shù)據(jù)。

即使有這么多的觀察時(shí)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(shí)的JWST時(shí)間來研究一個(gè)星系的光譜學(xué)不是很實(shí)用，但這就是JWST需要為這種精確的光譜學(xué)所做的。這種情況在未來可能會改變。

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

當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，天體物理學(xué)家將擁有備受追捧的更大樣本量。有了這些有價(jià)值的數(shù)據(jù)，也許他們可以對這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)做出更堅(jiān)定的解釋。

本文最初由今日宇宙.閱讀原文.

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