天文物理學家利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 在星系中發現了數量驚人的金屬，距離星系誕生僅 3.5 億年。大霹靂。
這與我們對宇宙的理解有何關係？
宇宙最初金屬的起源是天文物理學的一個基本問題。
大爆炸後不久，宇宙幾乎就形成了完全由氫組成，最簡單的元素。 有少量的氦，甚至更少的鋰，可能還有極少量的鈹。 當你查看元素週期表時，它們是前四種。
在天文學中，所有比氫和氦重的元素都稱為金屬。
金屬是在恆星中產生的，而不是在其他地方產生的（除了大爆炸本身產生的少量金屬）。
追蹤從大爆炸到現在宇宙金屬的形成是天文物理學的基本任務之一。
金屬度是我們研究宇宙的一個基本概念。 沒有金屬，岩石行星就無法形成。 生活也不能。 在連續幾代的恆星中，宇宙的金屬豐度不斷增加。 因此，有一條潛在的軌跡源自於最初的金屬，並直接通往我們。
對古代星系的研究是詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主要任務之一。 這JWST 先進深河外勘測（JADES）檢查了天空的一個區域，尋找微弱的早期星系。 透過回顧宇宙的早期星系，JWST 正在揭示古代金屬豐度。
一組從事 JADES 觀測的研究人員檢查了大爆炸後僅 3.5 億年的星系，並發現了碳。 他們可能也發現了氧和氖，這些都是天文學中的金屬。
他們的發現發表在一篇題為JADES：大爆炸後，富含氣體的星系中碳富集了 350 邁爾。 主要作者是劍橋大學卡維利宇宙學研究所的博士後天文物理學家 Francesco D'Eugenio。
宇宙中形成的第一批恆星被稱為族群 III 星。 它們是最古老的恆星，質量巨大、明亮且熾熱，幾乎不含金屬。 他們所持有的微量金屬來自於他們中的第一顆超新星。
我們對第三族恆星的大部分了解都是理論上的，因為這些古老的恆星在其古老的星系中非常難以觀測。 但 JWST 有能力做到這一點。 它看不到單一星星，但它的力量強大近紅外光譜（近紅外光譜儀）儀器可以透過其明顯的光特徵來檢測星系中的不同元素。
這項新研究是基於 z=12.5 附近的一個星系宇宙黎明，宇宙歷史上的一個關鍵時代。 當研究人員研究 JWST 的觀測結果時，他們發現星系中存在大量碳。 它要么在星際介質（ISM）中，要么在環銀河介質（CGM）中。
「這是對金屬轉變的最遠距離探測，也是最遠距離的金屬轉變探測。紅移他們解釋說：「透過發射線來確定。」這也是迄今為止發現的「最遙遠的化學濃縮證據」。
這種檢測直接與我們對無金屬的理解相衝突人口 III 星。
作者寫道：“C iii 的探測及其高 EW（等效寬度）排除了原始恆星群的可能性。”
如果韋伯已經排除了原始的、無金屬的第三族恆星的存在，那麼這就是一個大新聞。 這是強大的太空望遠鏡顛覆我們對周圍宇宙的最佳解釋的另一個例子。
但這並不完全令人震驚。 III星族恆星的存在是理論上的。 考慮到我們對宇宙所知的一切，它們的存在是有道理的。
但第三族恆星從來都不是確定的。
當發現這樣的東西時，科學家會煞費苦心地考慮他們所看到的現象的所有其他可能的解釋。 他們真的在這個遙遠而古老的星系的恆星中看到碳了嗎？ 或者這些排放背後還有其他原因嗎？
古老的星系中不僅僅有恆星。 它也是超大質量物體的所在地黑洞（SMBH）。 當超大質量黑洞以物質為食時，它會像活躍星系核（AGN）一樣明亮地耀斑。 這個光訊號可能就是 JWST 所看到的。
「此外，還有一個超大質量的吸積物黑洞在這個星系中已經被發現，這表明奇特的化學豐度可能主要與其核區域有關，」研究人員解釋道。
銀河系中還有另一個潛在的碳源。 它們是 AGB 恆星——漸近鉅分支恆星。 AGB恆星不像超新星前身那樣是大型爆炸恆星，但它們是已經離開主序帶的大型恆星。 與超新星相比，AGB 恆星溫和地產生金屬。
但恆星演化成AGB恆星需要很長時間。 當宇宙只有 3.5 億年的歷史時，沒有任何恆星能夠存活足夠長的時間來形成 AGB。
作者寫道：“AGB 恆星在這些早期時代無法對碳富集做出貢獻。”
最後，研究人員報告了碳的檢測，但他們無法告訴我們碳的確切來源。 他們寫道，它們可能是「第三族祖先第一代超新星的遺產」。
為了觀測這個早期星系，JWST 已經發揮到了極限。 作者解釋說：“對最遠金屬轉變的檢測提供了有關化學富集最早階段的寶貴信息，但需要很長時間的暴露。” 由於該星系極其微弱，JWST 花了 65 個小時收集到這些數據。
即使花了這麼多的觀察時間，研究人員也只能對他們所看到的金屬豐度得出初步解釋。 使用 65 小時的 JWST 時間來對星系進行光譜研究不太實際，但這正是 JWST 需要為這種精確光譜所做的事情。 未來這種情況可能會改變。
研究人員寫道：“然而，在未來，大面積調查和引力透鏡可能有助於識別更多的高紅移星系，這些星系足夠明亮，可以在更短的曝光時間內進行深度光譜跟踪。”
當這種情況發生時，天文物理學家將擁有備受追捧的更大樣本量。 有了這些有價值的數據，也許他們可以對這個令人驚訝的發現得出更堅定的解釋。
