研究人員在距離地球超過120 億光年的星系中檢測到了複雜的有機分子，這是目前已知這些分子存在的最遙遠的星系。得益於最近發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的功能以及研究團隊的仔細分析，一項新研究為早期宇宙第一個星系中發生的複雜化學相互作用提供了重要的見解。

天文學家使用韋伯望遠鏡發現了此處顯示的遙遠星系中類似於菸霧或煙霧的複雜有機分子的證據。這個星系距離我們超過120 億光年，恰好與距離我們地球視角僅30 億光年的第二個星係幾乎完美地排列在一起。在這張假色韋伯圖像中，前景星系顯示為藍色，而背景星系顯示為紅色。有機分子以橙色突出顯示。圖片來源：J. Spilker / S. Doyle、NASA、ESA、CSA

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校天文學和物理學教授華金·維埃拉（Joaquin Vieira）和研究生凱達爾·帕德克（Kedar Phadke）與德克薩斯農工大學的研究人員和一個國際科學家團隊合作，區分了星系中一些質量更大、更大的塵埃顆粒產生的紅外信號和新觀察到的碳氫化合物分子的那些。

該研究結果發表在6 月5 日的《自然》雜誌上。

“這個項目開始於我在研究生院研究難以探測、被塵埃遮蔽的遙遠星係時，”維埃拉說。“塵埃顆粒吸收並重新發射宇宙中大約一半的恆星輻射，使得來自遙遠物體的紅外光變得極其微弱或無法通過地面望遠鏡探測到。”

韋伯觀測到的星系顯示了由一種稱為透鏡效應的現象引起的愛因斯坦環，當兩個星係從我們在地球上的角度幾乎完全對齊時就會發生這種現象。前景星系的引力導致背景星系的光線扭曲和放大，就像透過酒杯的杯腳看一樣。由於透鏡被放大，天文學家可以比其他方式更詳細地研究非常遙遠的星系。圖片來源：S. Doyle / J. Spilker

在這項新研究中，JWST 受到了研究人員所說的“自然放大鏡”的推動，這種現像被稱為引力透鏡效應。維埃拉說：“當兩個星係從地球的角度來看幾乎完全對齊時，就會發生這種放大，並且來自背景星系的光被前景星系扭曲並放大成環形形狀，稱為愛因斯坦環。”

該團隊將JWST 聚焦於SPT0418-47，這是一個使用美國國家科學基金會南極望遠鏡發現的物體，之前被識別為一個被塵埃遮擋的星系，通過引力透鏡放大了約30 到35 倍。研究人員表示，SPT0418-47距地球120億光年，相當於宇宙年齡不到15億年的時期，約為當前年齡的10%。

維埃拉說：“在利用引力透鏡和JWST 的綜合力量之前，我們既無法看到也無法在空間上解析穿過所有塵埃的實際背景星系。”

本科生Lily Kettler（左）、Joaquin Vieira 教授和研究生Kedar Phadke 是一個國際團隊的成員，該團隊在距離地球超過120 億光年的星系中檢測到了複雜的有機分子，這是目前已知的最遙遠的星系中存在這些分子存在。圖片來源：弗雷德·茲威基

JWST 的光譜數據表明，SPT0418-47 中模糊的星際氣體富含重元素，這表明一代又一代的恆星已經存在和死亡。研究人員檢測到的特定化合物是一種稱為多環芳烴（PAH）的分子。在地球上，這些分子可以在內燃機或森林火災產生的廢氣中找到。研究人員表示，這些有機分子由碳鏈組成，被認為是最早生命形式的基本組成部分。