通往年轻宇宙的一扇罕见窗口
使用詹姆斯·韦布空间望远镜的天文学家发现了他们所称的、在早期宇宙中迄今观测到的化学成分最原始的星系。这个名为LAP1-B的天体存在于大爆炸后约8亿年，似乎含有极其低含量的重于氢和氦的元素。
这一发现之所以重要，是因为这些重元素在天文学中被称为金属，它们在宇宙最初的时刻并不存在。它们后来在恒星内部形成，并通过恒星爆发散布到宇宙中。因此，一个金属含量极低的星系，能够异常直接地展现恒星形成世代尚未来得及丰富宇宙之前的宇宙条件。
从实际意义上说，LAP1-B可能提供了关于早期星系在所谓“宇宙黑暗时代”逐渐结束时最清晰的可见图景之一。
为什么贫金属星系如此重要
早期宇宙在成分上很简单，也很难观测。大爆炸之后，物质主要由氢和氦等轻元素构成。第一代恒星，通常被称为III族恒星，被认为通过在核心中生成重元素并将其抛射到太空中，改变了这种化学上的简单状态。
长期以来，天文学家一直希望尽可能接近那个过渡点，捕捉那些系统。这样做有助于阐明第一代恒星如何形成、星系如何迅速开始演化，以及宇宙如何变得足够复杂，从而支持后续恒星、行星乃至生命的出现。
LAP1-B之所以珍贵，正因为它非常暗弱，而且化学上尚未充分演化。如果一个星系在大爆炸后8亿年仍然显示出极低的金属含量，那么它可能保留了曾经广泛存在、如今却难以找到的条件。
韦布望远镜和引力作用让观测成为可能
由金泽大学的中岛公彦领导的国际团队使用了两种已经改变高红移天文学的现代工具。第一种是韦布本身，其红外仪器能够探测因宇宙膨胀而从可见光谱段移出的古老光线。第二种是引力透镜效应，它利用前景大质量天体的引力放大后方更遥远的源。
这种组合使研究人员得以表征一颗超暗弱的星系，否则它将极难研究。韦布的光谱仪提供了关键证据，使团队能够检查该星系的化学组成，而不仅仅是探测到它的存在。
这正是这一结果比普通遥远星系新闻更进一步的地方。许多早期宇宙天体只能被看作微弱光点，但能以足够高的置信度进行化学描述、从而支持其演化状态判断的对象则少得多。在这里，团队声称他们正是做到了这一点。
LAP1-B可能告诉我们什么关于第一代恒星
更广泛的科学意义超越了这一个星系。天文学家几十年来一直试图寻找最早恒星族群留下的证据，这些恒星开始为宇宙富集重元素。它们预计质量巨大、寿命短暂，而且难以直接观测。但它们的指纹可能保存在那些形成于富集仍然极少的时期的星系中。
如果LAP1-B确实代表了迄今所知最贫金属的早期星系，它就可以充当由第一轮恒星形成塑造的环境代理。它或许有助于研究人员检验关于原始气体云如何快速坍缩、第一批超新星如何改变周围物质，以及后续世代星系如何迅速继承更多重元素的理论。
由于这项研究于5月13日发表在《Nature》上，它也进入了一个快速变化的领域。韦布已经重新定义了我们对一些早期星系在亮度、质量和结构方面的预期。像LAP1-B这样化学上原始的系统又提供了另一类证据，表明在早期宇宙令人惊讶的多样性之下，仍有一些天体保留着更原初的状态。
更大的图景
再电离时代仍然是宇宙历史上最关键却又最难研究的时期之一。在这一时期，第一批发光源开始改变充满宇宙的中性氢雾。理解生活在那个时期的星系，对于理解现代宇宙如何变得可见并形成结构至关重要。
LAP1-B并不能独自解决这个故事。但它提供了一个罕见的锚点。它是一个在宇宙仍然年轻时被观测到的超暗弱系统，而其极端贫金属特征表明，与后来的星系相比，它经历的化学加工相对很少。
这使得这一发现不仅仅是一个纪录声明。它展示了韦布如何把这门学科从“发现”变成“诊断”。天文学家不再只是寻找古老星系，他们开始详细读取这些星系的历史，而在LAP1-B的案例中，这段历史似乎接近化学复杂性本身的起点。
本文基于Universe Today的报道。阅读原文。
Originally published on breakingdefense.com