天文學家在迄今為止觀測到的最遙遠的星系JADES-GS-z14-0 中發現了氧氣，這顛覆了我們對大爆炸後星系形成速度的理解。這項發現表明，該星系的成熟速度遠超預期，在宇宙誕生僅3 億年後，其化學成分就變得十分豐富。這項發現由ALMA望遠鏡完成，它還提供了極其精確的距離測量，並凸顯了ALMA 和JWST 等工具如何徹底改變我們對早期宇宙的看法。

這張圖像顯示了星系JADES-GS-z14-0 在夜空中的精確位置，它是天爐座中一個非常小的點。截至今天，這是我們所知的最遙遠的已確認星系。它的光花了134 億年才到達我們，顯示了宇宙在只有3 億年歷史時的狀況。圖片的插圖顯示了用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 看到的這個原始星系的特寫。插圖疊加在用NASA/ESA/CSA 詹姆斯韋伯太空望遠鏡拍攝的圖像上。資料來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani 等/S. Schouws 等/JWST：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大學聖克魯斯分校）、Ben Johnson（CfA）、Sandro Tacchella（劍橋）、Phill Cargile（CfA）

兩個獨立的天文學家團隊在已知最遙遠的星系JADES-GS-z14-0 中發現了氧氣。這項發現由兩項獨立研究報告，是由位於智利阿塔卡馬沙漠的強大望遠鏡阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列( ALMA ) 實現的，歐洲南方天文台( ESO ) 是其合作夥伴。這項破紀錄的發現促使科學家重新思考星系在早期宇宙中形成的速度。

這是藝術家對JADES-GS-z14-0 的印象圖，它是迄今為止確認的最遙遠的星系。早期宇宙中的星系往往是塊狀和不規則的。該星系中的超新星爆炸會擴散恆星內部形成的重元素，如氧氣，目前已透過阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 探測到。圖片來源：ESO/M. Kornmesser

JADES-GS-z14-0於2024 年被發現，是迄今為止觀測到的最遙遠的已確認星系。它的光經過了134 億年才到達我們這裡，這意味著我們看到的星係是宇宙誕生不到3 億年時的樣子，只有現在年齡的2% 左右。新的ALMA 觀測顯示存在氧氣，這表明該星系的化學發展程度遠高於科學家對宇宙歷史如此早期時期的預期。

天文學家利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 在迄今為止已知的最遙遠星系JADES-GS-z14-0 中探測到了氧氣。這是迄今為止最早發現的氧氣，非常有趣。星係是如何進化得如此之快，以至於如此早就富含氧氣等重元素的？圖片來源：ESO窺視嬰兒宇宙

「這就像在原本以為是嬰兒的地方發現了一個青少年，」荷蘭萊頓天文台的博士生桑德·舒斯(Sander Schouws) 說道。他是這項研究的第一作者，這項研究由荷蘭人主導，現已被《天文物理學雜誌》接受發表。 “研究結果表明，該星系形成非常迅速，成熟也非常迅速，這進一步證明了星系的形成速度比預期的要快得多。”

圖片中的插圖顯示了JADES-GS-z14-0，這是目前已知的最遙遠的星系，由阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 觀測到。此處顯示的兩個光譜來自兩個天文學家團隊對ALMA 數據的獨立分析。兩者都發現了氧氣的發射線，這是在宇宙只有3 億年歷史時最遙遠的氧氣探測。資料來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani 等/S. Schouws 等人/JWST：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大學聖克魯斯分校）、Ben Johnson（CfA）、Sandro Tacchella（劍橋大學）、Phill Cargile（CfA）

星系通常在生命開始就充滿了年輕的恆星，這些恆星主要由氫和氦等輕元素組成。隨著恆星的演化，它們會產生氧等較重的元素，這些元素在它們死亡後會分散到宿主星系中。研究人員曾認為，宇宙已有3 億年歷史，還太年輕，無法形成富含重元素的星系。然而，兩項ALMA 研究表明，JADES-GS-z14-0 的重元素含量比預期高出約10 倍。

這位藝術家的動畫展示了迄今為止確認的最遙遠的星系JADES-GS-z14-0。我們看到的這個星係是宇宙誕生不到3 億年時的樣子，大約是現在年齡的2%。人們認為這樣的星系太年輕，不具備成熟的重元素，但兩個天文學家團隊發現氧氣顯示情況並非如此。相反，正如這個重現顯示的那樣，JADES-GS-z14-0 一定有多代恆星以超新星的形式誕生和死亡，產生並留下氧氣等重元素。現在，由於ESO 及其國際合作夥伴營運的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 的極高靈敏度，已被檢測到這種元素。圖片來源：ESO/M. Kornmesser重新思考星系演化時間線

「我對這些意想不到的結果感到驚訝，因為它們為星系演化的最初階段開闢了新的視角，」義大利比薩高等師範學院的Stefano Carniani 說道，他是這篇現已被《天文學與天體物理學》接受發表的論文的主要作者。 「星系在嬰兒宇宙中已經成熟的證據引發了人們對星系何時以及如何形成的疑問。」

氧氣的探測也使天文學家能夠更準確地測量JADES-GS-z14-0 的距離。 「ALMA 的探測提供了對星系距離的極其精確的測量，不確定度僅為0.005%。這種精度水平——相當於在1 公里的距離內精確到5 厘米——有助於完善我們對遙遠星系特性的理解，」比薩高等師範學院博士生、天文學和天體物理學研究作者Eleonora Parlanti 補充道。

數位化巡天2 號的這張廣角圖顯示了JADES-GS-z14-0 周圍的天空區域，這是迄今為止已知最遠的星系。該星系位於畫面中央，但太暗，無法在這裡看到。阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 的觀測揭示了該星系中存在氧氣——這是迄今為止最遠的氧氣探測。資料來源：ESO/數位化巡天2 號。致謝：Davide De Martin

「雖然星系最初是用詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現的，但需要ALMA 來確認並精確確定其巨大的距離，」萊頓天文台團隊成員Rychard Bouwens 副教授說。 “這顯示了ALMA 和JWST 之間驚人的協同作用，揭示了第一批星系的形成和演化。”

歐洲南方天文台天文學家、歐洲ALMA 區域中心的Gergö Popping 並未參與這項研究，他表示：「JADES-GS-z14-0 中清晰地檢測到氧氣讓我感到非常驚訝。這表明大爆炸後星系的形成速度比之前認為的要快得多。這一結果展示了ALMA 在揭示宇宙中第一批星系形成條件方面發揮的重要作用。

這段影片放大了星系JADES-GS-z14-0，這是迄今為止確認的最遙遠的星系。由於由ESO 及其國際合作夥伴營運的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA) 望遠鏡，天文學家在檢查了其光譜後發現了一種令人驚訝的元素：氧氣。氧氣等重元素的存在顯示這些早期星系的形成速度比我們想像的要快得多，其中必定有多代恆星的誕生和死亡。

編譯自/ scitechdaily