宇宙大爆炸後3億年，遙遠星系驚現氧氣蹤跡

天文學家近日在迄今為止觀測到的最遙遠星系JADES-GS-z14-0中發現了氧氣的存在，這項發現顛覆了我們對宇宙大爆炸後星系形成速度的認知。這項研究顯示，該星系在宇宙誕生僅3億年後便已成熟，並擁有豐富的化學元素，遠超科學家們的預期。

這項突破性的發現是由位於智利阿塔卡馬沙漠的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（ALMA）望遠鏡所完成。ALMA不僅提供了極為精確的距離測量，更凸顯了ALMA與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在探索早期宇宙方面的革命性貢獻。

JADES-GS-z14-0星系於2024年被發現，是迄今為止確認的最遙遠星系。它的光線經過134億年才抵達地球，這意味著我們看到的景象是宇宙年齡不到3億年時的模樣，僅為目前宇宙年齡的2%。ALMA的觀測資料顯示，該星系中存在氧氣，這表明它在宇宙歷史的早期階段就已經擁有比預期更為複雜的化學組成。

「這就像在嬰兒群中發現了一個青少年，」荷蘭萊頓天文臺的博士生Sander Schouws如此形容這項發現。他是荷蘭主導研究的首席作者，該研究已被《天體物理學期刊》接受發表。研究結果顯示，JADES-GS-z14-0星系的形成速度極快，且迅速成熟，這進一步證實了星系形成的速度遠超科學家們的預期。

通常，星系在初期主要由年輕恆星組成，這些恆星主要由氫和氦等輕元素構成。隨著恆星的演化，它們會產生氧等重元素，並在死亡後將這些元素散佈到宿主星系中。科學家們原本認為，在宇宙年齡僅3億年時，星系還不足以擁有豐富的重元素。然而，ALMA的兩項研究顯示，JADES-GS-z14-0星系中的重元素含量比預期高出10倍。

「這項意外的結果讓我感到震驚，因為它為我們開啟了探索星系演化初期階段的新視窗，」義大利比薩高等師範學院的Stefano Carniani表示。他是《天文學與天體物理學》期刊即將發表論文的首席作者。這項證據表明，在宇宙的嬰兒期，星系已經成熟，這引發了關於星系何時以及如何形成的疑問。

氧氣的檢測還讓天文學家能夠更精確地測量JADES-GS-z14-0星系的距離。ALMA的觀測資料將星系距離的測量精度提升至僅有0.005%的不確定性，這相當於在1公里的距離內精確到5公分。這種精確度有助於我們更深入地理解遙遠星系的特性。

「雖然JADES-GS-z14-0星系最初是由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現的，但ALMA的觀測確認並精確測定了它的巨大距離，」萊頓天文臺的副教授Rychard Bouwens表示。「這顯示了ALMA與JWST在揭示早期星系形成與演化方面的驚人協同效應。」

歐洲ALMA區域中心的ESO天文學家Gergö Popping表示：「我對JADES-GS-z14-0星系中氧氣的清晰檢測感到非常驚訝。這表明星系在大爆炸後的形成速度可能比我們之前認為的要快得多。這項結果展示了ALMA在解開宇宙早期星系形成條件方面的重要角色。」

這項發現不僅挑戰了我們對早期宇宙的認知，也為未來的天文研究提供了新的方向。隨著ALMA與JWST的進一步合作，我們有望揭開更多關於宇宙起源與演化的謎團。