2024-04-26 20:00 来源：本站编辑
一项新的研究报告称，天文学家在一个宇宙诞生仅15亿年的古老星系中发现了复杂的有机分子，创下了对这些关键宇宙化合物的最远探测的新纪录。
这一发现揭示了多环芳烃(PAHs)，一种在烟雾和煤烟中发现的分子，以一种无法解释的模式分布在这个遥远的星系中，这引发了关于恒星和星系早期演化的新问题。
多环芳烃在地球上有着有害的名声，因为它们经常存在于煤、石油、烟雾和其他对公众健康和生态系统构成威胁的污染物中。然而，对于天文学家来说，这些化合物是恒星的烟雾信号，指向恒星以非常高的速度诞生的区域，使它们成为恒星形成的可靠示踪剂——直到现在。
德克萨斯A&M大学的天文学家贾斯汀·斯皮尔克领导的一个研究小组，利用詹姆斯·韦伯太空望远镜——有史以来发射的最强大的天文台——在一个名为SPT0418-47的古老星系中寻找多环芳香族。根据周一发表在《自然》杂志上的一项研究，斯皮尔克和他的同事们发现，这些化合物在恒星形成率低的地区往往很丰富，而在大量恒星诞生的地方却很少，这一发现至今仍未得到解释。
“我认为这有点像‘哪里有烟，哪里就有火’，不仅因为这些分子在地球上以烟雾、煤烟和烟雾的形式出现，”斯皮尔克在给Motherboard的一封电子邮件中说。“如果你认为这些烟雾分子告诉你新星正在燃烧，那么无论你在哪里看到年轻恒星，你都应该看到这些分子，反之亦然。相反，我们发现银河系的某些部分有烟分子但没有火，有些部分有火但没有烟。”
“如果所有这些分子都以某种方式被破坏，例如，超新星爆炸的冲击波将它们分开，或者由于某种原因，新生恒星发出的光并不像我们想象的那样与这些分子紧密相连，就可能发生这种情况，”他继续说。“在这一点上，我们还不确定是什么导致了有机分子和恒星形成之间的差异，我们还有很多工作要做来理解这一点。”
SPT0418-47的观测是JWST一个名为TEMPLATES的项目的一部分，该项目旨在更好地了解存在于宇宙最初几十亿年的星系中的恒星形成。该计划的重点是一组被称为引力透镜的过程自然放大的星系，当来自遥远物体(如星系)的光被沿着我们视线靠近地球的物体的引力场放大时，就会发生这种现象。
SPT0418-47最初是由南极望远镜发现的，它几乎与我们观测前景中的一个星系完美地对齐，导致它分裂成一个明亮的多部分图像，被称为爱因斯坦环。
“这个星系一直是我的最爱，”斯皮尔克说，他指的是SPT0418-47，并补充说它“是我们用韦伯首次观测的一个非常明显的目标——我们知道无论这个星系是什么，它都会看起来很棒。”
“TEMPLATES的大目标是剖析遥远星系中的新恒星形成，”他补充说。“天文学家有很多不同的方法来试图估计一个星系是快速还是缓慢地制造新恒星，这些分子就是其中之一。我们的想法是，我们将比较所有这些不同的方法，并试图找出他们是否同意或不同意，以及为什么。”
JWST的新观测表明，早期星系中有机分子的演化比之前预期的要复杂得多。在较年轻的星系中观察到的多环芳烃和恒星形成之间的标准相关性似乎在这个星系中被打破了，这表明某种机制在SPT0418-47中产生了分子的空间变化。
Spilker和他的同事推测，这些变化可能是由星系中恒星的爆炸性死亡或尘埃颗粒在星系中的分布造成的，但目前还没有一个明确的解释。但可以肯定的是，这是宇宙中最早看到的这种复杂化合物，这证实了即使在这个古老的时代，星系的化学成分也很先进。
“这绝对是迄今为止对这些分子最遥远的探测，”Spilker说。“我们看到这个星系时，宇宙只有15亿年的历史，只有现在年龄的10%。尽管如此，这个星系还是成功地让足够多的恒星诞生、生存和死亡，用碳和氧等重元素丰富了它们的环境。”
“我们发现的多环芳烃分子也不小，”他指出。“水(H2O)只有三个原子，但这些多环芳烃可以有数千个原子。这意味着这个星系，尽管宇宙很年轻，有足够的时间产生大量的重元素，并让这些重元素形成这些非常大的复杂分子。它告诉我，制造很多这种大型复杂化合物实际上一定很容易做到，因为否则宇宙就不会有足够的时间来发生如此复杂的化学反应。”
多环芳烃可能在地球上生命的出现中发挥了作用，这使它们成为寻找外星生命的一个感兴趣的话题。然而，斯皮尔克说，这项新研究并不直接适用于寻找外星人的努力，或者评估遥远系统的可居住性，尽管它们确实证明了宇宙中复杂的化学物质已经丰富了至少120亿年。
“宇宙甚至可以在星际空间的云层中创造出这些真正的大分子——我们甚至不需要行星就能让这些分子出现!”Spilker说。“如果宇宙甚至可以在恒星之间的空间中制造出这样的大分子，那么认为这种情况也会发生在该星系的任何行星上就不是疯狂的了。”
在如此遥远的地方瞥见熟悉的化学物质只是JWST的最新发现，它只运行了一年。斯皮尔克和他的同事们希望在他们的发现的基础上，利用这个无与伦比的天文台未来的图像，这可能最终解释他们新研究中报告的奇怪变化。
“我们有很多方向可以尝试!”Spilker说。“对于TEMPLATES来说，这真的只是一个开始，我们还有很多艰苦的工作要做，试图理解最好(或最不坏)的方法来弄清楚星系的增长速度。对于多环芳烃，我想尝试更早的星系。我认为如果我们最终能找到足够年轻的星系，这些大的复杂分子还没有足够的时间形成，那将是非常有趣的!”
“另一方面，如果我们越来越早地发现它们，我认为这真的说明早期宇宙的化学成分一定发展得非常快，所以即使是数十亿年前诞生的行星，其成分也与地球形成时我们的太阳系相同，”他总结道。
