在距离我们 133 亿光年之外的遥远星系中,天文学家利用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)从中发现迄今为止最古老的氧气痕迹,并证实宇宙第一批远古恒星形成于大爆炸后仅 2.5 亿年。
该古老星系名为“MACS1149-JD1(也称为 PCB2012 3020)”,于 2012 年首度被发现,但当时天文学家不确定星系距离我们有多远、年龄有多大。
为了理解天文尺度中极遥远物体的确切位置,科学家会从星系、类星体、星系间气体云的光谱中观察“红移现象”,指电磁辐射波由于“某种原因”而导致波长增加、频率降低,在可见光波段表现为光谱谱线朝红端移动了一段距离;而在宇宙学中,“某种原因”即宇宙膨胀,因此红移数值越大,代表该物体距离我们越远。
由伦敦大学学院(UCL)与日本大阪产业大学组成的国际团队,利用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)和欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT),从 MACS1149-JD1 星系精确测量了离子氧与氢气的两种独立发射谱线,确认该星系红移约 9.11,换算下来距离银河系远达 132.28 亿光年。
我们知道大爆炸发生后不久,宇宙中还弥漫着最简单的元素氢,直到第一代恒星出现才开始改变原始星系化学组成,用氧、碳和氮等其他元素慢慢丰富星际介质。恒星会于核融合过程中产生氢气,并在死亡后喷射至星际空间中形成气体云,换句话说,天文学家若能从 MACS1149-JD1 星系中发现氧气特征,代表已经有一批恒星在更早之前存在于星系内并经历过死亡。
该团队再利用美国太空总署(NASA)哈勃太空望远镜与史匹哲太空望远镜拍摄的红外数据,重建了 MACS1149-JD1 星系早期历史,发现在这个模型当中,古老恒星形成时间相当于大爆炸后仅 2.5 亿年。
第一批恒星带来了宇宙黎明,而我们其实也都是恒星材料所构成的物体而已,在天文学家眼中,找到第一批恒星就好比找到我们的起源一样令人兴奋,我们将能利用这个星系来探索更早、更未知的宇宙时期。研究已发表在《自然》(Nature)期刊。
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(首图来源:伦敦大学学院)