JWST有能力看到宇宙中最古老的星系，正如它的年歷第一張深視野圖所示。現(xiàn)在，史的數(shù)量屬天體物理學(xué)家在其中一個(gè)古老的星系星系中發(fā)現(xiàn)了碳。鳴謝:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、驚人歐空局、有億擁加空局和STScI
（神秘的年歷地球uux.cn）據(jù)今日宇宙（埃文·高夫）：與JWST合作的天體物理學(xué)家在大爆炸后僅3.5億年的星系中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量驚人的金屬。這和我們對(duì)宇宙的史的數(shù)量屬理解有什么關(guān)系呢？
宇宙中第一批金屬的起源是天體物理學(xué)中的一個(gè)基本問(wèn)題。大爆炸后不久，星系宇宙幾乎完全由最簡(jiǎn)單的驚人元素氫組成。有少量的有億擁氦，甚至更少的年歷鋰，可能還有極少量的史的數(shù)量屬鈹。當(dāng)你看元素周期表時(shí)，星系那是驚人前四個(gè)。
在天文學(xué)中，所有比氫和氦重的元素都被稱(chēng)為金屬。金屬產(chǎn)生于恒星，而不是其他地方(除了大爆炸本身產(chǎn)生的極少量金屬)。)追蹤從大爆炸到現(xiàn)在宇宙金屬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(méi)有金屬，巖石行星無(wú)法形成。生活也不能。在連續(xù)幾代的恒星中，宇宙的金屬含量增加了。所以有一個(gè)潛在的軌跡，源于第一批金屬，直接指向我們。
研究古老的星系是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)之一。JWST高級(jí)深河外巡天(JADES)檢查了天空中的一個(gè)區(qū)域，尋找昏暗的早期星系。通過(guò)對(duì)宇宙早期星系的回溯，JWST揭示了古老的金屬性。
一組研究人員利用JADES觀測(cè)研究了大爆炸后僅3.5億年的一個(gè)星系，并發(fā)現(xiàn)了碳。他們可能還發(fā)現(xiàn)了氧和氖，這些都是天文學(xué)中的金屬。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上的一篇新論文中，題為“JADES:富含氣體的星系大爆炸后碳富集350 Myr。”第一作者是Francesco D'Eugenio，他是劍橋大學(xué)Kavli宇宙學(xué)研究所的博士后天體物理學(xué)家。

這幅圖展示了從大爆炸到現(xiàn)在宇宙紀(jì)元的“時(shí)間之箭”。根據(jù)目前的理論，在由第三族恒星主導(dǎo)的早期宇宙中，幾乎沒(méi)有金屬。信用:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局
宇宙中形成的第一批恒星被稱(chēng)為三族恒星。它們是最古老的恒星，巨大、明亮、熾熱，幾乎沒(méi)有金屬。他們持有的微量金屬來(lái)自他們恒星中的第一批超新星。
我們關(guān)于第三族恒星的大部分知識(shí)都是理論上的，因?yàn)檫@些古老的恒星，在它們古老的星系中，極難觀察到。但是JWST有這個(gè)能力。它不能識(shí)別單個(gè)恒星，但它強(qiáng)大的NIRSpec儀器可以通過(guò)它們的指示性光信號(hào)探測(cè)銀河系中的不同元素。
這項(xiàng)新研究基于宇宙黎明附近z=12.5的星系，宇宙黎明是宇宙歷史上的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。當(dāng)研究人員研究JWST的觀測(cè)結(jié)果時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)銀河系中有意想不到的碳含量。它要么在星際介質(zhì)(ISM)中，要么在環(huán)銀河介質(zhì)(CGM)中。)“這是最遙遠(yuǎn)的金屬躍遷探測(cè)，也是通過(guò)發(fā)射線確定的最遙遠(yuǎn)的紅移，”他們解釋道。這也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的“最遙遠(yuǎn)的化學(xué)濃縮證據(jù)”。
這一探測(cè)直接與我們對(duì)無(wú)金屬的第三族恒星的認(rèn)識(shí)發(fā)生碰撞。“C iii的探測(cè)——及其高EW(等效寬度)——排除了原始恒星群體的情況，”作者寫(xiě)道。
如果韋伯已經(jīng)排除了原始的、無(wú)金屬的人口III恒星的存在，那就是一個(gè)大新聞。這是強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡顛覆我們對(duì)我們周?chē)吹降挠钪娴淖罴呀忉尩挠忠粋€(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。考慮到我們對(duì)宇宙的其他了解，它們的存在是有意義的。
但是《第三人口》中的明星從來(lái)都不是必然的。

這位藝術(shù)家的插圖顯示了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞及其活躍的星系核。鳴謝:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局/戈達(dá)德太空飛行中心概念圖像實(shí)驗(yàn)室
當(dāng)這樣的東西被發(fā)現(xiàn)時(shí)，科學(xué)家們會(huì)煞費(fèi)苦心地考慮他們所看到的一切其他可能的解釋。
他們真的在這個(gè)遙遠(yuǎn)、古老的星系的恒星中發(fā)現(xiàn)了碳嗎？或者這些排放背后還有其他原因？古老的星系不僅僅只有恒星。它也是超大質(zhì)量黑洞(SMBH)的所在地。)當(dāng)SMBH以物質(zhì)為食時(shí)，它會(huì)像活躍的星系核一樣明亮地閃耀(AGN。)那個(gè)光信號(hào)可能就是JWST所看到的。
“此外，在這個(gè)星系中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)超大質(zhì)量的吸積黑洞，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)，”研究人員解釋道。
銀河系中還有另一種潛在的碳源。它們是AGB星——漸近巨型分支星。AGB星不像超新星前身那樣是大爆炸星，但它們是已經(jīng)離開(kāi)主序的大恒星。與超新星相比，AGB恒星產(chǎn)生金屬的速度較慢。
但是一顆恒星演變成AGB恒星需要很長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)宇宙只有3.5億歲的時(shí)候，沒(méi)有恒星能夠長(zhǎng)壽到足以成為agb。“……AGB恒星不可能在這些早期階段對(duì)碳富集有貢獻(xiàn)，”作者寫(xiě)道。
最后，研究人員報(bào)告了碳的檢測(cè)結(jié)果，但他們不能告訴我們碳的確切來(lái)源。他們寫(xiě)道，它們可能是“……來(lái)自第三族祖先的第一代超新星的遺產(chǎn)”。

研究中的這個(gè)數(shù)字說(shuō)明了一些發(fā)現(xiàn)。JWST有各種各樣的過(guò)濾器和棱鏡，用于不同的應(yīng)用，這使得一些圖像對(duì)于未經(jīng)訓(xùn)練的眼睛來(lái)說(shuō)難以閱讀。這張照片的主要亮點(diǎn)是綠色的CIII尖峰。信貸:uux.cn/D '尤金尼奧等人2023。
JWST被推到極限來(lái)觀察這個(gè)早期星系。“這種對(duì)最遠(yuǎn)金屬過(guò)渡的檢測(cè)，提供了關(guān)于化學(xué)富集最早階段的如此珍貴的信息，需要非常長(zhǎng)的曝光時(shí)間，”作者解釋道。由于該星系極度昏暗，JWST時(shí)間花了65個(gè)小時(shí)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(duì)他們看到的金屬豐度做出嘗試性的解釋。用65個(gè)小時(shí)的JWST時(shí)間對(duì)一個(gè)星系進(jìn)行光譜研究是不太實(shí)際的，但這就是JWST需要做的這種精確的光譜研究。這在未來(lái)可能會(huì)改變。
“然而，在未來(lái)，大面積的調(diào)查和引力透鏡可能有助于識(shí)別更多的高紅移星系，這些星系足夠亮，可以在較短的曝光時(shí)間內(nèi)進(jìn)行深度光譜跟蹤，”研究人員寫(xiě)道。
如果這種情況發(fā)生，天體物理學(xué)家將會(huì)得到更大的樣本量。有了這些有價(jià)值的數(shù)據(jù)，也許他們能對(duì)這一驚人的發(fā)現(xiàn)做出更堅(jiān)定的解釋。