詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡首次觀測(cè)到早期宇宙中富碳?jí)m埃顆粒的化學(xué)特征。鳴謝:歐空局/韋伯、斯韋首次美國(guó)航天局、伯太歐空局、空望顆粒加空局
（神秘的遠(yuǎn)鏡地球uux.cn）據(jù)劍橋大學(xué)：詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡首次觀測(cè)到早期宇宙中富碳?jí)m埃顆粒的化學(xué)特征。
在更近的觀測(cè)宇宙中也觀察到了類(lèi)似的觀察信號(hào)，并將其歸因于復(fù)雜的到早的化碳基分子，即多環(huán)芳烴(PAHs)。期宇然而，富碳人們認(rèn)為多環(huán)芳烴不可能在宇宙時(shí)間的塵埃第一個(gè)十億年內(nèi)形成。
包括劍橋大學(xué)研究人員在內(nèi)的學(xué)特國(guó)際團(tuán)隊(duì)表示，韋伯可能觀察到了一種不同種類(lèi)的詹姆宙中征碳基分子:可能是最早的恒星或超新星產(chǎn)生的微小石墨或類(lèi)金剛石顆粒。他們的斯韋首次結(jié)果表明早期宇宙中的嬰兒星系比預(yù)期發(fā)展得快得多，發(fā)表在《自然》雜志上。伯太
我們宇宙中看似空無(wú)一物的空望顆粒空間實(shí)際上并不空無(wú)一物，而是充滿了氣體和宇宙塵埃。這些塵埃由各種大小和成分的顆粒組成，它們以各種方式形成并噴射到太空中，包括超新星事件。
這種物質(zhì)對(duì)宇宙的演化至關(guān)重要，因?yàn)閴m埃云最終會(huì)形成新恒星和行星的誕生地。然而，這些塵埃會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的恒星光，使得太空中的一些區(qū)域難以觀測(cè)。
有利的一面是，某些分子會(huì)持續(xù)吸收特定波長(zhǎng)的光，或者與特定波長(zhǎng)的光相互作用。這意味著天文學(xué)家可以通過(guò)觀察宇宙塵埃阻擋的光的波長(zhǎng)來(lái)獲得關(guān)于宇宙塵埃成分的信息。
劍橋領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用這種技術(shù)，結(jié)合韋伯非凡的靈敏度，在宇宙誕生僅10億年后就檢測(cè)到了富含碳的塵埃顆粒的存在。
“富含碳的塵埃顆粒在吸收波長(zhǎng)約為217.5納米的紫外光方面特別有效，這是我們第一次在非常早期的星系光譜中直接觀察到的，”來(lái)自劍橋大學(xué)卡維利宇宙學(xué)研究所的首席作者喬里斯·維茨托克博士說(shuō)。
這種217.5納米的特征此前在更近的局部宇宙中觀察到，包括我們自己的銀河系，并被歸因于兩種不同類(lèi)型的碳基分子:多環(huán)芳烴(PAHs)或納米尺寸的石墨顆粒。
根據(jù)大多數(shù)模型，多環(huán)芳烴形成需要幾億年時(shí)間，因此如果研究小組觀察到了本不應(yīng)形成的分子的化學(xué)特征，那將是令人驚訝的。然而，根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這一結(jié)果是這種富含碳的塵埃顆粒最早也是最遙遠(yuǎn)的直接簽名。
答案可能在于所觀察到的細(xì)節(jié)。該小組觀察到的特征峰值在226.3納米，而不是與多環(huán)芳烴和微小石墨顆粒相關(guān)的217.5納米波長(zhǎng)。小于10納米的差異可以用測(cè)量誤差來(lái)解釋。同樣，這也可能表明該團(tuán)隊(duì)探測(cè)到的早期宇宙塵埃混合物的成分有所不同。
“這種吸收最強(qiáng)的波長(zhǎng)的輕微移動(dòng)表明我們可能看到了不同的顆粒組合，例如，石墨或類(lèi)金剛石顆粒，”Witstok說(shuō)，他也是悉尼蘇塞克斯學(xué)院的博士后研究助理。"這也有可能在短時(shí)間內(nèi)由沃夫-瑞葉星或超新星爆發(fā)的物質(zhì)產(chǎn)生."
先前的模型表明納米鉆石可以在超新星爆發(fā)的物質(zhì)中形成；巨大而熾熱的沃夫-瑞葉星，活得快，死得早，將會(huì)給一代又一代的恒星足夠的時(shí)間來(lái)誕生、存活和死亡，在不到10億年的時(shí)間里將富含碳的顆粒散布到周?chē)挠钪鎵m埃中。
然而，用現(xiàn)有的對(duì)宇宙塵埃早期形成的理解來(lái)完全解釋這些結(jié)果仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。這些結(jié)果將為改進(jìn)模型的開(kāi)發(fā)和未來(lái)的觀測(cè)提供信息。
隨著韋伯的出現(xiàn)，天文學(xué)家現(xiàn)在能夠?qū)υ谟钪鏁r(shí)間的第一個(gè)十億年中看到的單個(gè)矮星系的光進(jìn)行詳細(xì)的觀察。韋伯最終允許研究宇宙塵埃的起源及其在星系演化關(guān)鍵的第一階段中的作用。
“這一發(fā)現(xiàn)是由韋伯提供的近紅外光譜無(wú)與倫比的靈敏度改進(jìn)，特別是其近紅外光譜儀(NIRSpec)所實(shí)現(xiàn)的，”合著者羅伯特·邁奧利諾教授說(shuō)，他在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和卡維利宇宙學(xué)研究所工作。“在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，韋伯提供的靈敏度增加相當(dāng)于瞬間將伽利略的37毫米望遠(yuǎn)鏡升級(jí)為8米超大望遠(yuǎn)鏡，這是最強(qiáng)大的現(xiàn)代光學(xué)望遠(yuǎn)鏡之一。”
該小組正計(jì)劃對(duì)這些數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的研究。“我們計(jì)劃與模擬星系中塵埃產(chǎn)生和增長(zhǎng)的理論家合作，”亞利桑那大學(xué)/天體生物學(xué)中心(CAB)的合著者Irene Shivaei說(shuō)。"這將揭示早期宇宙中塵埃和重元素的起源."
這些觀測(cè)是JWST高級(jí)深河外巡天計(jì)劃(JADES)的一部分。這個(gè)項(xiàng)目幫助發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)在宇宙不到6億年時(shí)就存在的星系，包括一些迄今為止已知的最遠(yuǎn)的星系。
“在我的整個(gè)職業(yè)生涯中，我一直在研究宇宙時(shí)間的第一個(gè)十億年中的星系，我們從來(lái)沒(méi)有想到會(huì)在如此遙遠(yuǎn)的星系中發(fā)現(xiàn)如此清晰的宇宙塵埃信號(hào)，”來(lái)自利物浦約翰穆雷斯大學(xué)的合著者倫斯克·斯密特博士說(shuō)。“來(lái)自JWST的超深數(shù)據(jù)向我們展示了由類(lèi)金剛石塵埃組成的顆粒可以在最原始的系統(tǒng)中形成。這完全推翻了塵埃形成的模型，并開(kāi)辟了一條研究最初星系化學(xué)富集的全新途徑。”
作者:焦點(diǎn)
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