碳的誕生會(huì)影響恒星運(yùn)行方式？

早期宇宙中年輕的星系是重金屬的反叛者

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在一個(gè)小星系中發(fā)現(xiàn)了碳，據(jù)悉，它在大爆炸后僅存在3。5億年。

美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡能夠探測(cè)到迄今為止最遠(yuǎn)、紅移最高的星系，這些星系存在于宇宙只有2 -4億年的時(shí)候。（圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局/歐洲航天局/加拿大航天局//J·奧姆斯特德（空間望遠(yuǎn)鏡研究所）/S。卡尼亞尼（高等師范大學(xué)）/杰德威（合著）

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）在宇宙大爆炸后僅3。5億年的一個(gè)星系中發(fā)現(xiàn)了迄今為止觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的碳。這一發(fā)現(xiàn)是值得銘記的，因?yàn)樗粌H是已知最古老的碳，而且第一次在非常早期的宇宙中證實(shí)了是比氫或氦（天文學(xué)家稱之為“非金屬”）更重的元素。英國(guó)劍橋大學(xué)卡夫利天文研究所的 羅伯特·馬約里諾在一份聲明中說(shuō):“早期的研究表明，碳的大量形成相對(duì)較晚——大約在大爆炸后10億年?！薄暗覀儼l(fā)現(xiàn)碳形成的時(shí)間要早得多，它甚至可能是所有非金屬中最古老的?！?/p>

宇宙中的氫和氦誕生于大爆炸的熔爐中，但除了額外的一點(diǎn)點(diǎn)鋰外，其他所有元素都來(lái)自恒星。這些恒星內(nèi)部的核聚變反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生碳、氧、氮等，而超新星爆炸的原始能量可以產(chǎn)生許多更重的元素，還有中子星合并。

眾所周知，大部分元素，尤其是碳，對(duì)于行星和生命的重要在于需要幾代恒星才能積累足夠的碳和其他非金屬，才能在遙遠(yuǎn)的距離被探測(cè)到，并在宇宙化學(xué)中發(fā)揮作用。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了有史以來(lái)最遙遠(yuǎn)的星系（圖片）-詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了我們宇宙中最早的3個(gè)星系雖然GS-z12中的碳被確認(rèn)為最早的非金屬，但該星系可能不會(huì)保持很長(zhǎng)時(shí)間的記錄。天文學(xué)家使用JWST發(fā)現(xiàn)了迄今為止發(fā)現(xiàn)的紅移最高的星系，紅移為14。2，這表明它在大爆炸后僅2。9億年。在它的光譜中已經(jīng)檢測(cè)到氧的吸收線，但這一發(fā)現(xiàn)還需要通過同行評(píng)審的橡皮圖章。

宇宙中的氫和氦誕生于大爆炸的熔爐中，但除了額外的一點(diǎn)點(diǎn)鋰外，其他所有元素都必須等待來(lái)自恒星。這些恒星內(nèi)部的核聚變反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生碳、氧、氮等，而超新星爆炸的原始能量可以產(chǎn)生許多其他甚至更重的元素，中子星合并也是如此。

正如我們所知，這些元素中的許多，特別是碳，對(duì)于形成行星和生命至關(guān)重要，但需要幾代恒星才能積累足夠的碳和其他非金屬，才能在如此遙遠(yuǎn)的距離被探測(cè)到，并在宇宙化學(xué)中發(fā)揮作用。 

然而， 詹姆斯·韋伯在星系GS-z12中檢測(cè)到的碳——紅移為12。5，相當(dāng)于134億年的回溯時(shí)間——表明恒星在宇宙形成時(shí)期生活得很快。為了在如此短的

時(shí)間內(nèi)積累可檢測(cè)的碳量，許多代人必須快速地相繼出現(xiàn)和消失。（大爆炸發(fā)生在大約138億年前。）

馬約里諾說(shuō)：“我們很驚訝在宇宙的早期就看到了碳，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為最早的恒星產(chǎn)生的氧氣比碳多得多。”。“我們?cè)J(rèn)為碳富集的時(shí)間要晚得多，通過完全不同的過程，但它出現(xiàn)得這么早，這一事實(shí)告訴我們，第一批恒星的運(yùn)行方式可能非常不同?！?/p>

與我們自己的銀河系相比，GS-z12是一個(gè)緊湊、低質(zhì)量的星系，但在我們發(fā)現(xiàn)它的早期時(shí)間框架內(nèi)，它的質(zhì)量相對(duì)較大，那個(gè)時(shí)代是由小但快速增長(zhǎng)的星系組成的。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的卡夫利研究所的弗朗西斯科·德尤金尼奧說(shuō)：“當(dāng)我們觀察到它時(shí)，它只是一個(gè)星系的胚胎，但它可能會(huì)演變成一個(gè)相當(dāng)大的天體，大約有銀河系那么大。”。

碳的早期發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變我們對(duì)宇宙化學(xué)過程的了解。碳是宇宙塵埃顆粒的重要組成部分，它們聚集在一起形成更大的物體——小行星、小行星，最后是行星本身。事實(shí)上，人們認(rèn)為地球主要是由碳質(zhì)物體組成的。正如我們所知，碳也是生命的重要組成部分。

“最早的恒星是化學(xué)進(jìn)化的圣杯，”歐亨尼奧說(shuō)?！坝捎谒鼈冎挥稍荚兀礆浜秃ぃ┙M成，因此它們的行為與現(xiàn)代恒星非常不同。通過研究恒星內(nèi)部第一批非金屬是如何以及何時(shí)形成的，我們可以為導(dǎo)致生命形成的最早步驟設(shè)定一個(gè)時(shí)間框架?！?/p>

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外光譜儀（NIRSpec）檢測(cè)到碳，也在GS-z12中發(fā)現(xiàn)了氧和氖的跡象，但需要更多的數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)這些元素的存在。

雖然GS-z12中的碳被證實(shí)是最早的非金屬，但該星系可能不會(huì)長(zhǎng)期保持這一記錄。使用JWST的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今為止發(fā)現(xiàn)的紅移最高的星系，紅移為14。2，這使它在大爆炸后僅2。9億年。在其光譜中檢測(cè)到了氧氣的吸收線，但這一發(fā)現(xiàn)仍需要通過同行評(píng)審來(lái)證明。一旦它發(fā)表在期刊上，那么它將成為比氫或氦重的元素的最早例子。

無(wú)論哪種方式，這一新發(fā)現(xiàn)都表明，元素可以在早期宇宙中大量產(chǎn)生，而且當(dāng)時(shí)恒星的誕生和死亡速度讓天文學(xué)家出乎意料。

此外，早期宇宙中碳和氧的存在意味著天文學(xué)家和天體生物學(xué)家也許可以對(duì)行星的討論有一個(gè)開端，也可涉及一些宇宙早期生命的存在。

GS-z12中碳的發(fā)現(xiàn)將發(fā)表在未來(lái)一期的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上，但該論文的預(yù)覽可在此處獲得。

BY:Keith Cooper

FY: Jane

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來(lái)自：https://www./young-galaxy-early-universe-carbon-jwst

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