驚人發現：韋伯望遠鏡捕捉到宇宙最古老氧氣，改寫星系演化史

科學家最近在一座名為JADES-GS-z14-0的古老星系中，偵測到破紀錄的氧氣含量，這座星系在大爆炸後僅3億年就已存在。這項發現讓天文學家不得不重新思考，在宇宙初期，恆星和星系形成的速度究竟有多快。

這座星系是由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）於2024年首次觀測到的，其形成時間至少在大爆炸後2.9億年。氧氣等重元素通常是在恆星的核融合過程中產生的，而這次發現的氧氣存在於宇宙僅有現今年齡2%的時期，這讓天文學家大感困惑，因為這意味著早期宇宙中的恆星誕生與死亡的速度，遠比過去預期的還要快，才能在其周圍播下如此多的重元素。

這項研究由兩個不同的團隊分別進行，並於3月20日發表在《天文學與天體物理學》和《天體物理學期刊》上。荷蘭萊頓大學的研究員、第二篇論文的主要作者桑德·斯霍斯（Sander Schouws）表示：「這就像在預期只會看到嬰兒的地方，發現了一個青少年。結果顯示，這座星系形成得非常迅速，且成熟得也很快，這進一步證實了星系形成的速度比我們過去認為的要快得多。」

天文學家原本不確定第一批恆星何時開始聚整合我們今天所見的星系，但宇宙學家過去估計，這一過程在大爆炸後的頭幾億年內是緩慢進行的。然而，JADES-GS-z14-0的發現徹底顛覆了這一假設。韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀偵測到的光，來自於星系核心周圍的巨大年輕恆星暈，這些恆星在被觀測前已經燃燒了至少9000萬年。

年輕的恆星通常由氫和氦組成，隨著它們老化，會將這些元素融合成更重的元素，例如氧氣，並在恆星劇烈死亡時將這些元素散佈到其所在的星系中。在我們觀測到JADES-GS-z14-0的約3億年時期，天文學家原本認為宇宙還太年輕，不太可能充滿重元素。然而，當研究人員將位於智利阿塔卡馬沙漠的阿塔卡馬大型毫米/次毫米波陣列（ALMA）望遠鏡對準這座遙遠星系時，他們驚訝地發現：JADES-GS-z14-0的氧氣含量比預期高出約10倍。

義大利比薩高等師範學院的天文學家、第一篇論文的主要作者斯特凡諾·卡爾尼亞尼（Stefano Carniani）表示：「我對這些出乎意料的結果感到震驚，因為它們為星系演化的最初階段開闢了新的視角。證據顯示，在宇宙嬰兒期就已經存在成熟的星系，這讓我們不得不重新思考星系究竟是何時以及如何形成的。」

像JADES-GS-z14-0這樣的星系，為何能在如此短的時間內孕育出如此多產生重元素的恆星，這仍然是一個有待進一步研究的謎團。目前，天文學家推測，這種驚人的快速元素播種現象，可能與早期巨型黑洞的出現、其他恆星死亡的反饋，或是推動宇宙加速膨脹的神秘力量——暗能量有關。