来自宇宙黎明的“化石”星系

由金泽大学中岛王彦准教授领衔的国际研究团队宣布：通过詹姆斯·韦布太空望远镜的观测，他们在宇宙诞生约8亿年后（即距今约130亿年前）存在的极微小星系“LAP1-B”中，检测到了观测史上最低的氧含量比例（即氧与氢的比例）。

此次研究成果备受关注，因为它可能直接捕捉到了被称为“宇宙化石”的天体形成现场——这些遗迹至今仍存在于现代宇宙中。此研究成果论文已发表在学术期刊《自然》上。

▲ 詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的星系团“MACS J0416”（背景）以及存在于约130亿年前早期宇宙中的天体“LAP1-B”（放大图）（来源: NASA, ESA, CSA & K. Nakajima et al., Nature）

探寻“第一代恒星”痕迹的难度

在大爆炸刚发生后的早期宇宙中，只存在氢、氦等轻元素。而生命元素氧、碳等较重元素（即比氢和氦更重的元素总称），则被认为是在之后诞生的恒星内部逐渐形成的。

其中，宇宙中最早诞生的恒星——“第一代恒星”究竟是在何时、以何种方式制造出这些重元素，并将其扩散到宇宙空间中的，一直都是现代天文学最基础、也最重要的问题之一。

如果能够直接捕捉到第一代恒星制造出的元素痕迹，就将成为理解当今宇宙中星系与恒星形成过程的重要线索。然而，存在于早期宇宙中的星系普遍极其暗弱、体积微小，因此要详细分析它们的元素组成非常困难。这次观测对象“LAP1-B”同样是一个恒星数量极少、亮度极低的微型星系。

借助引力透镜与韦布望远镜，研究人员终于看清它的样貌

研究团队表示，本次研究结合了韦布空间望远镜强大的红外光谱观测能力（即通过获取天体在不同波长上的光强分布，并依据其特征分析天体中元素种类与含量的方法），以及星系团“MACS J0416”的质量所产生的引力透镜效应，最终成功对LAP1-B进行了超高灵敏度观测。

所谓“引力透镜效应”，是指前景天体巨大的质量扭曲了周围时空，使来自其后方遥远天体的光线路径发生弯曲，从而让远方天体的影像出现变形或被放大的现象。此次观测到的LAP1-B，其发出的光在引力透镜效应作用下被放大了约100倍。

研究团队对观测数据进行分析后发现，在LAP1-B的恒星形成区域（即气体与尘埃正在形成新恒星的区域）中，氧元素丰度（相对于氢元素的氧元素丰度）仅约为太阳的240分之一。正在形成恒星的星系中这是迄今为止观测到的最低值，也意味着这个星系整体仍处于极其原始的化学演化阶段。

此外，研究人员还发现，LAP1-B碳元素的比例相对于氧元素的比例却异常高。研究团队表示，这种元素组成与理论上预测的“第一代恒星发生爆发后所产生的元素分布”高度一致，因此他们认为，这项观测可能首次捕捉到了由第一代恒星制造出的元素，被后续星系继承下来的过程。

▲ 展示星系恒星质量与相对于氢元素的氧元素丰度的关系图。LAP1-B被认为刷新了正在形成恒星的星系中最低氧丰度的观测纪录（来源: K. Nakajima et al., Nature）

▲ 展示氧元素丰度与碳氧元素比例关系的图表。LAP1-B呈现出“氧含量极低、碳比例却较高”的特征（来源: K. Nakajima et al., Nature）

有望揭开“宇宙化石”的起源

此外，研究还显示，LAP1-B的恒星总质量非常小，不到太阳的3300倍，其中大部分质量被无法通过电磁波直接观测到的暗物质所占据。

这些特征与如今分布在银河系周围的“超低光度矮星系（Ultra Faint Dwarf Galaxy）”非常相似。长期以来，超低光度矮星系一直被认为是保存着早期宇宙信息的“宇宙化石”，但它们究竟是如何形成的，至今仍有许多谜团尚未解开。

此次的发现有望成为揭示超低光度矮星系形成机制的重要线索。研究团队未来计划继续寻找氧元素丰度更低的天体，并结合下一代大型望远镜的高灵敏度观测，进一步尝试确认由第一代恒星聚集形成、并发出光芒的“第一代星系”。

▲ 位于玉夫座的超低光度矮星系“Sculptor A（玉夫座A）”（来源: DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA；Image Processing: T.A. Rector, M. Zamani & D. de Martin）

原文链接：https://sorae.info/astronomy/20260516-ufd-jwst.html

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来源：牧夫天文

编辑：子木

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