去年，詹姆斯·韦布望远镜（JWST）拍摄的照片上，一个毫不起眼的小红点 成为天文学界的网红。因为这个 编号为 JADES-GS-z14-0 的目标 是迄今人类已知最遥远的天体之一，它的光经过了 134 亿年才映入我们的眼帘。这也是被人们寄予厚望的詹姆斯·韦布望远镜在轨观测第一年所取得的最重要的成果之一。它已经发现了数百个诞生于宇宙大爆炸后 6 亿年里的早期星系。
詹姆斯·韦布望远镜近红外相机拍摄的 JADES-GS-z14-0 的图像 | Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)
除了刷新最遥远星系的纪录以外，JADES-GS-z14-0 更让人感到兴奋的一点在于，在如此遥远的距离上，我们居然还能看见它。这就意味着这个星系本身一定是非常明亮的。从图像中测量得到光源的直径超过 1600 光年，这说明我们看到的光主要来自年轻的恒星，而不是来自星系中心的超大质量黑洞周围。而且，这个亮度暗示着该星系的质量是太阳的数亿倍！那么问题就来了：当宇宙还是一个只有 3 亿多岁的婴儿，如此明亮而巨大的星系又是如何诞生的呢？
事情还远远没那么简单。来自两个不同的天文研究团队最近又在 JADES-GS-z14-0 星系中探测到氧元素，可以说这再次超出了天文学家的想象。
两个光谱是两组天文学家对 ALMA 数据进行独立分析的结果。两者都在 JADES-GS-z14-0 星系中发现了一条氧的发射线。这是最遥远的氧元素的信号，当时宇宙只有 3 亿多年的历史。| Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)
宇宙大爆炸产生了 75% 的氢和 25% 的氦，还有一些少量的锂。因此在天文学里，把比氦重的元素都称为重元素。那么像氧这样的重元素从何而来呢？只能是在恒星内部核聚变产生，并在恒星死亡后被抛撒到星系当中。天文学家曾经认为，大爆炸后仅3亿年的宇宙实在太年轻了，不足以产生富含重元素的星系。但是，两项研究不谋而合，得出了相同的结论，JADES-GS-z14-0 的重元素含量比预期的多约 10 倍。换句话说，星系的形成速度比预期的要快得多。
一直以来，天文学家都希望能够找到宇宙中的第一批恒星或第一批星系。 JADES-GS-z14-0 星系或许就是我们苦苦追寻的第一批星系。然而从我们观测到的结果看，当宇宙只有 3 亿多岁的时候，第一批星系中至少有部分第一批恒星已经开始凋零，贡献了大量的重元素。
对 JADES-GS-z14-0 星系的艺术想象 | Credit: ESO/M. Kornmesser
要感谢位于智利的 ALMA 射电望远镜阵列，它以无与伦比的观测精度为我们提供了早期星系的重要信息。这也是空间和地面、光学与射电两件探索宇宙大杀器之间的一次完美的梦幻联动。
参考资料
[1] Oxygen discovered in most distant known galaxy ( https://www.eso.org/public/news/eso2507/)
[2] NASA’s James Webb Space Telescope Finds Most Distant Known Galaxy ( https://science.nasa.gov/blogs/webb/2024/05/30/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy/)
