巧婦能做無米之炊?早期宇宙沒有重元素也能製造含鐵塵埃

作者 | 發布日期 2026 年 01 月 19 日 0:00 | 分類 天文 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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巧婦能做無米之炊?早期宇宙沒有重元素也能製造含鐵塵埃

天文學家利用 NASA 詹姆斯韋伯太空望遠鏡,在矮星系「六分儀座 A」(Sextans A)發現罕見塵埃成分,包括老年恆星產生的金屬鐵塵埃、碳化矽(SiC),以及微小的碳基分子團塊。顯示即使宇宙重元素含量僅為今日小部分的早期,恆星與星際介質仍能形成固態塵埃,這也更新了我們對早期星系演化與行星形成材料來源的理解。

六分儀座 A 距離地球約 400 萬光年,金屬量只有太陽 3%~7%,也就是說,除了氫與氦的重元素非常稀少。由於這個星系引力微弱,無法有效留住超新星與老年恆星製造的鐵、氧等元素,因此化學組成非常原始,類似大霹靂後不久的早期宇宙。因六分儀座 A 距離我們相對近,成為研究早期宇宙條件下恆星與星際雲如何運作的理想天然實驗室,也幫助我們理解韋伯在最遙遠星系看到的景象。

研究員觀測六顆處於演化晚期的漸近巨星分支星(AGB 星),一顆高質量 AGB 星在極低金屬量的環境,竟然製造出幾乎全由鐵組成的塵埃顆粒,這在早期宇宙類比恆星從未見過。一般情況,恆星會用矽與鎂等元素製造矽酸鹽塵埃,但這些元素在六分儀座 A 幾乎不存在,和沒有麵粉、糖與奶油卻要做出餅乾一樣困難。這次發現顯示,恆星能用不同「配方」來製造塵埃,而這些鐵塵顆粒雖然不留下明顯光譜特徵,卻能強烈吸收光,可能正相對應我們在遙遠星系看到大量塵埃的原因。

團隊也在六分儀座 A 的星際介質發現多環芳香烴(PAHs),這是碳構成的複雜分子,使其成為已知金屬量最低、仍含 PAHs 的星系。不過這些分子只存在於尺度僅數光年的微小高密度區塊,顯示它們只能在受保護的氣體小島形成與存活。結合金屬鐵塵埃與 PAHs 的發現,六分儀座 A 提供早期宇宙第一批「多塵星系」的實際範本。

這些發現告訴我們,即使幾乎沒有重元素的早期宇宙,恆星仍然能以我們沒想到的方式製造塵埃。韋伯提供第一批真實「樣本」,讓天文學家重新檢驗與重建早期宇宙塵埃與星系形成的物理圖像。

▲ 詹姆斯韋伯太空望遠鏡拍攝的矮星系六分儀座 A 影像顯示出多環芳香烴(PAHs),這是一類大型碳基分子,常視為恆星形成的指標。右上角放大區的綠色為 PAHs 分布。(Source:影像:NASA / ESA / CSA / Elizabeth Tarantino (STScI) / Martha Boyer (STScI) / Julia Roman-Duval (STScI);後製:Alyssa Pagan (STScI))

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Pixabay

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