天文學家發現宇宙中最遙遠的氧：大爆炸後2.5億年時恆星形成的證據

05-24

來自專欄探秘宇宙

文：娟娟

圖：該圖顯示了由哈勃太空望遠鏡拍攝的星系團MACS J1149.5+2223，插圖區域是由阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）觀測到的133億年前的遙遠星系MACS1149-JD1，在這裡，由ALMA觀測到的氧氣分布被著以紅色。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

　　阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）並不是普通的望遠鏡，它位於智利北部阿塔卡馬沙漠地區，是一個由66個高精度天線組成的射電望遠鏡。這些天線的直徑從7到12米不等，當它們以不同方式配置時，所組成的陣列可以放大宇宙中一些最遙遠的天體，並且可以捕捉比哈勃太空望遠鏡更清晰的圖像。

一個由國際天文學家組成的團隊使用ALMA觀測了被稱為MACS1149-JD1的遙遠星系，在這裡，他們發現了該星系中由電離氧發出的微弱輝光。研究團隊推斷，這些輝光是在133億年前（或大爆炸後的5億年時）發出的，成為目前為止任何望遠鏡所觀測到的最遙遠的氧。氧的存在是一個明確的信號，該星系中一定有比之更早幾代的恆星。

　　除此之外，歐洲南方天文台的甚大望遠鏡（Very Large Telescope ，簡寫VLT）也在該星系檢測到了較弱的氫發射信號。VLT的觀測所推測出的該星系的距離與ALMA的觀測推斷一致。

　　英國倫敦大學學院（UCL）的研究員Nicolas Laporte解釋說：「我們看到的這個星系正處於宇宙只有5億歲的時候，而就在當時它已經擁有一群成熟的恆星了。因此，我們能夠利用這個星系探索一個更早期的、完全未知的宇宙歷史時期。」

　　在第一代恆星燃燒之前，宇宙是一個相對無聊的地方，主要由大爆炸遺留下來的輻射以及氫、氦、和微量的鋰組成。我們今天認為理所當然的許多較重的元素，例如碳和氧，在第一代恆星之前並不存在。這是因為恆星是燃燒的坩堝，將氫和氦轉化為更大的元素，當恆星死亡時再將這些合成的元素釋放出來。所以沒有恆星，就沒有氧。在星系MACS1149-JD1中檢測到氧元素表明，早幾代的恆星在大爆炸5億年後已經形成並釋放出了氧。

　　那麼這種早期的恆星形成是什麼時候發生的呢？為了找到答案，研究團隊利用哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡的紅外數據重建了MACS1149-JD1的早期歷史。他們發現，觀測到的該星系亮度可以被一個模型很好地解釋，該模型中恆星形成的起始時間對應於宇宙開始後僅2.5億年。

相關研究論文發表在《自然》雜誌上。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0117-z

　　http://www.astronomy.com/news/2018/05/first-stars-from-oxygen

　　https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180516131214.htm