ALMA偵測到最遙遠星系中的氧氣

天文學家利用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（ALMA），在迄今確認的最遙遠星系JADES-GS-z14-0中偵測到氧氣的存在。這項由兩個不同團隊進行的偵測結果顯示，該星系的化學成熟度遠超預期。

這是一幅JADES-GS-z14-0的藝術概念圖。圖片來源：ESO / M. Kornmesser。

於2024年發現的JADES-GS-z14-0（簡稱GS-z14）距離我們如此遙遠，其光線需要134億年才能抵達地球，這意味著我們看到的是它在宇宙誕生不到3億年時的模樣，僅為目前宇宙年齡的2%。

「這就像在預期只有嬰兒的地方發現了一位青少年，」萊頓天文臺的博士候選人Sander Schouws表示，他是一篇被《天體物理學期刊》接受發表的論文的第一作者。

「這些結果顯示，該星系形成得非常迅速，並且也在快速成熟，這進一步證明瞭星系形成的速度比預期的要快得多。」

星系通常由年輕的恆星組成，這些恆星主要由氫和氦等輕元素構成。隨著恆星的演化，它們會產生如氧氣等較重的元素，這些元素在恆星爆炸成超新星後會散佈到其所在的星系中。

研究人員原本認為，在宇宙誕生3億年時，宇宙還太年輕，無法擁有富含重元素的星系。然而，這兩項ALMA研究顯示，GS-z14的重元素含量比預期高出約10倍。

這張圖片中的插圖顯示了ALMA觀測到的JADES-GS-z14-0；兩個光譜是由兩個天文學家團隊對ALMA資料進行獨立分析得出的結果；兩者都發現了氧氣的發射線，這使得這成為宇宙僅3億年時最遙遠的氧氣偵測。圖片來源：ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / Carniani et al. / Schouws et al. / NASA / ESA / CSA / Webb / STScI / Brant Robertson, UC Santa Cruz / Ben Johnson, CfA / Sandro Tacchella, Cambridge / Phill Cargile, CfA。

「我對這些出乎意料的結果感到驚訝，因為它們為星系演化的早期階段提供了新的視角，」比薩高等師範學院的天文學家Stefano Carniani博士表示，他是發表在《天文與天體物理學》期刊上的一篇論文的主要作者。

「一個星系在宇宙嬰兒期就已經成熟的證據，引發了關於星系何時以及如何形成的問題。」

氧氣的偵測還使得天文學家能夠更精確地測量GS-z14的距離。

「ALMA的偵測提供了對該星系距離的極其精確的測量，誤差僅為0.005%，」比薩高等師範學院的博士候選人Eleonora Parlanti表示。

「這種精確度——相當於在1公里的距離內精確到5公分——有助於我們更深入地理解遙遠星系的特性。」

「雖然該星系最初是由NASA/ESA/CSA詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現的，但需要ALMA來確認並精確測定其巨大的距離，」萊頓天文臺的天文學家Rychard Bouwens博士表示。

「這顯示了ALMA與韋伯之間驚人的協同效應，揭示了第一批星系的形成與演化。」

_____

Sander Schouws et al. 2025. Detection of [OIII]88μm in JADES-GS-z14-0 at z=14.1793. ApJ, in press; arXiv: 2409.20549

Stefano Carniani et al. 2025. The eventful life of a luminous galaxy at z=14: metal enrichment, feedback, and low gas fraction? A&A, in press; doi: 10.1051/0004-6361/202452451