詹姆斯·韦布空间望远镜在一个远古爱因斯坦环中检测出生命有机物

复杂大分子有机物在宇宙诞生后不久就出现了。

詹姆斯·韦布空间望远镜在一个存在于距今123亿年前的星系内发现了大分子有机物。在这张照片中，这个星系是一个橙红色的环，因为它的影像被前方星系的引力扭曲了。这个前方星系距离地球约30亿光年，在照片中呈现为环中心的蓝色亮点。橙红色环中的橙色部分，即是韦布发现的大分子有机物所在之处。J. Spilker / S. Doyle / NASA / ESA / CSA

天文学家借助詹姆斯·韦布空间望远镜，在距今123亿年前的时空中发现了一个内含复杂有机大分子的星系。这些有机分子是是人类迄今为止在宇宙中发现的最古老的生命有机物。

韦布发现的这些有机物学名叫多环芳香烃，在地球上普遍存在于石油和煤炭以及雾霾之中，是一种包含了很多个原子的碳基大分子有机物。

多环芳香烃在宇宙中也普遍存在。天文学家对多环芳香烃感兴趣，是因为它们能够吸附在尘埃粒子上，影响星际气体云的冷却速度。然而囿于观测技术，人们很难在极端遥远的宇宙中探测这种有机物。

现在天文学家借助詹姆斯·韦布空间望远镜，在一个遥远的星系内，探测到了多环芳香烃的存在，表明宇宙在其诞生后不久，便已经制造出了这种复杂的大分子有机物。

被发现拥有多环芳香烃的星系名叫SPT0418-47，处于另一个星系的后方。由于位置恰到好处，它在韦布望远镜的照片中变成了一个环。

把SPT0418-47变成环的就是引力透镜效应。根据爱因斯坦的相对论，质量会使时空发生翘曲。天体的质量越大，产生的引力越强，时空翘曲的程度也越大。当光线从这个天体旁边经过时，翘曲的时空会使之发生偏转。当这些光线到达地球后，这个天体就变成了一个望远镜头，放大和增亮了它后方天体的影像。引力透镜也会使后方天体的影像发生扭曲，不过天文学家现在有办法用算法把扭曲了的影像复原。在极端凑巧的情况下，后方天体的影像会呈现为环形。这样的环就叫“爱因斯坦环”。

韦布通过光谱分析不但在SPT0418-47中发现了多环芳香烃，还发现这种大分子有机物在SPT0418-47中的分布实际上是不均匀的：有些地方有，有些地方没有。为什么会出现这种情况还是个谜。

研究人员称，观测结果还表明，星系的演化有时候是可以“弯道超车”的。虽然在当时，宇宙诞生还只有15亿年，但是SPT0418-47的质量就已经相当大，而且拥有了相当多的碳和氧，看上去就和今天的银河系一样成熟。但它当时的年龄仍然只有今天银河系的十分之一。这也说明，制造复杂的大分子有机物对于星系来说不是什么难事。

研究人员还发现，复杂有机分子不一定如人们之前认为的那样，能够促成恒星的形成。他们发现，在很多富含此类分子的区域，并没有恒星在形成；而在一些正在孕育新恒星的地方，又没有此类分子。

一个不幸的消息是，目前用来从事这类探测工作的韦布望远镜中红外仪（MIRI）有点不正常。虽然工程师已在查找原因，但是假如其性能继续衰退，未来再要从事此类研究恐怕会很困难。

韦布望远镜观测到的爱因斯坦环成因示意图。S. Doyle / J. Spilker

参考
Spatial variations in aromatic hydrocarbon emission in a dust-rich galaxy
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05998-6