JWST 揭示早期宇宙中存在大量氧气 – 物理世界

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的尖端摄谱仪发现了许多古代星系中星际氧含量远比之前认为的丰富得多的证据。 由...领着 中岛公彦 日本国家天文台的研究小组希望他们的观测能够增进我们对早期宇宙的理解。

大爆炸创造了一个由氢和氦以及少量锂组成的早期宇宙，这些物质结合形成了第一批恒星和星系。 然后，这些恒星的核心通过核聚变产生了氧等重元素。 当恒星爆炸成超新星时，重元素分散在整个星系中，永远改变了宇宙的化学成分。

“气相金属丰度”是一个观测参数，描述了星系中这些较重元素的丰度（天文学家使用术语“金属”来表示所有比氦重的元素）。 它的价值对于理解星系的演化历史以及预测复杂分子（生命的可能组成部分）何时可能开始出现至关重要。

可靠的仪表

衡量星系气相金属丰度的一个可靠指标是其星际介质中电离氧的丰度。 该丰度可以通过观察氧气发出的特征光来确定。 然而，这种方法在观测极早期宇宙时有其局限性。

“之前的观测已经揭示了大爆炸后约 XNUMX 亿年的星系中存在丰富的氧气，”中岛解释道。 “然而，来自更早存在的星系的光受到宇宙膨胀的显着影响，导致它转移到近红外范围。”

现在，中岛和同事利用 JWST 观测到了这种红移光 近红外光谱仪 （NIRSpec）——这使他们在测量古代星系的气相金属丰度方面取得了突破。

突破性的观察

“我们识别出了 138 亿年前存在的 12 个古老星系，并测定了它们的氧丰度，在 JWST 发射之前，这种分析水平几乎是不可能的，”Nakajima 兴奋地说。 “我们开发了先进的分析技术并将其严格应用于 NIRSpec 数据，进行的分析规模比早期研究大几倍。”

JWST 光谱仪改进了遥远星系的红移

他们的结果表明，除了少数近红外光谱观测到的最古老的星系外，所有星系中星际介质的成分都非常熟悉。 “大多数星系的氧丰度与现代星系相似，”中岛说。 然而，在宇宙只有 500-700 亿年历史时就存在的六个最古老的星系中的氧气比现代星系少得多。

有了这一发现，研究小组可以更准确地确定宇宙元素组成何时开始变化。 中岛说：“结果表明，在宇宙诞生后的前 500-700 亿年里，星系中的氧丰度迅速而急剧地增加。” “这一发现可能表明，由于早期宇宙中已经存在氧气等必要成分，生命可能比之前想象的更早出现。”

研究小组推测，这种突然的变化可能是由早期宇宙中恒星形成性质的差异以及流入和流出星系的物质造成的。 通过 NIRSpec 的进一步观察，结合更深入的统计计算，他们现在的目标是在未来的工作中建立更可靠的理论。

观察结果描述于 天体物理学杂志增刊系列.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/lots-of-oxygen-existed-in-the-early-universe-jwst-reveals/