探測到氧氣譜線,天文學家:第一批恆星出現於大爆炸後 2.5 億年

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 21 日 12:25 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

在距離我們 133 億光年之外的遙遠星系中,天文學家利用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)從中發現迄今為止最古老的氧氣痕跡,並證實宇宙第一批遠古恆星形成於大爆炸後僅 2.5 億年。



該古老星系名為「MACS1149-JD1(也稱為 PCB2012 3020)」,於 2012 年首度被發現,但當時天文學家不確定星系距離我們有多遠、年齡有多大。

為了理解天文尺度中極遙遠物體的確切位置,科學家會從星系、類星體、星系間氣體雲的光譜中觀察「紅移現象」,指電磁輻射波由於「某種原因」而導致波長增加、頻率降低,在可見光波段表現為光譜譜線朝紅端移動了一段距離;而在宇宙學中,「某種原因」即宇宙膨脹,因此紅移數值越大,代表該物體距離我們越遠。

由倫敦大學學院(UCL)與日本大阪產業大學組成的國際團隊,利用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)和歐洲南方天文台的甚大望遠鏡(VLT),從 MACS1149-JD1 星系精確測量了離子氧與氫氣的兩種獨立發射譜線,確認該星系紅移約 9.11,換算下來距離銀河系遠達 132.28 億光年。

我們知道大爆炸發生後不久,宇宙中還瀰漫著最簡單的元素氫,直到第一代恆星出現才開始改變原始星系化學組成,用氧、碳和氮等其他元素慢慢豐富星際介質。恆星會於核融合過程中產生氫氣,並在死亡後噴射至星際空間中形成氣體雲,換句話說,天文學家若能從 MACS1149-JD1 星系中發現氧氣特徵,代表已經有一批恆星在更早之前存在於星系內並經歷過死亡。

該團隊再利用美國太空總署(NASA)哈勃太空望遠鏡與史匹哲太空望遠鏡拍攝的紅外數據,重建了 MACS1149-JD1 星系早期歷史,發現在這個模型當中,古老恆星形成時間相當於大爆炸後僅 2.5 億年。

第一批恆星帶來了宇宙黎明,而我們其實也都是恆星材料所構成的物體而已,在天文學家眼中,找到第一批恆星就好比找到我們的起源一樣令人興奮,我們將能利用這個星系來探索更早、更未知的宇宙時期。研究已發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:倫敦大學學院