最早发现的金属挑战了我们对第一批星系的了解

天文学家在宇宙大爆炸后仅 3.5 亿年就在一个星系中发现了碳，这是宇宙中除氢之外最早发现的元素。

由剑桥大学领导的一个国际天文学家团队利用詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)观察了早期宇宙中一个非常年轻的星系，发现它含有惊人数量的碳，而碳是我们所知的生命种子之一。

在天文学中，比氢或氦重的元素被归类为金属。早期宇宙几乎完全由最简单的元素氢组成，还有少量的氦和微量的锂。

我们今天观察到的构成宇宙的所有其他元素都是在恒星内部形成的。当恒星以超新星形式爆炸时，它们产生的元素会在整个宿主星系中循环，为下一代恒星播下种子。随着每一代新恒星和“星尘”的出现，都会形成更多的金属，经过数十亿年，宇宙进化到可以支持像地球这样的岩石行星和像我们这样的生命的地步。

追踪金属起源和演化的能力将有助于我们了解宇宙如何从几乎完全由两种化学元素构成，演变成如今我们所见的令人难以置信的复杂结构。

“最初的恒星是化学进化的圣杯，”剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的首席作者弗朗西斯科·德尤金尼奥博士说。“由于它们仅由原始元素组成，因此它们的行为与现代恒星非常不同。通过研究第一批金属在恒星内部形成的方式和时间，我们可以为生命形成的最早阶段设定一个时间框架。”

碳是宇宙演化过程中的基本元素，因为它可以形成尘埃颗粒，这些尘埃颗粒会聚在一起，最终形成第一个行星和最早的行星。碳也是地球生命形成的关键。

“早期的研究表明，碳开始大量形成的时间相对较晚——大约在大爆炸后 10 亿年，”论文合著者、卡夫利研究所的罗伯托·马约利诺教授说。“但我们发现碳的形成时间要早得多——它甚至可能是最古老的金属。”

研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测了一个非常遥远的星系，这是迄今为止观测到的最遥远的星系之一，距今仅 130 多亿年，距今大爆炸仅 3.5 亿年。这个星系紧凑且质量低，质量大约是银河系的 10 万分之一。

“我们观察到它时，它还只是星系的胚胎，但它可能会发展成一个相当大的星系，大小与银河系相当，”德尤金尼奥说。“但对于如此年轻的星系来说，它的质量相当大。”

研究人员利用韦伯的近红外光谱仪 (NIRSpec) 将来自年轻星系的光分解成各种颜色的光谱。不同的元素在星系的光谱中留下不同的化学指纹，使团队能够确定其化学成分。对该光谱的分析表明，碳元素被可靠地检测到，氧气和氖元素被初步检测到，尽管还需要进一步观察才能确认这些其他元素的存在。