韋伯望遠(yuǎn)鏡捅破宇宙起源真相：第一縷光竟來自極度缺氧的星系

? ? 你能想象，一顆恒星的含氧量只有太陽的240分之一嗎？2026年5月13號，《自然》雜志登了個能改寫宇宙學(xué)教科書的發(fā)現(xiàn)。一個國際天文學(xué)家團(tuán)隊借助韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，捕捉到來自130億年前的星系LAP1-B，它是人類迄今觀測到的化學(xué)組成最原始的恒星形成星系。

? ?按照現(xiàn)代宇宙學(xué)理論，宇宙誕生于約138億年前的大爆炸。最初一兩億年間，宇宙一片黑暗，直到第一代恒星點亮第一縷曙光。LAP1-B的紅移值高達(dá)6.625，意味著我們看到的是大爆炸后僅約8億年時的宇宙——在電離時代的一個幽靈。
? ?這么遙遠(yuǎn)的星系怎么能看到，LAP1-B特別暗淡，就算韋伯望遠(yuǎn)鏡的標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)也不能直接成像。研究團(tuán)隊借助引力透鏡效應(yīng)——前景大質(zhì)量星系團(tuán)MACSJ0416對光線的彎曲作用，將LAP1-B的光線放大了約100倍。 ? ?
? ?這就像透過一塊不規(guī)則厚玻璃去看遠(yuǎn)處的燭火。玻璃恰好彎曲了光線路徑，把原本看不見的微光聚攏到望遠(yuǎn)鏡的"視網(wǎng)膜"上。韋伯望遠(yuǎn)鏡的近紅外光譜儀對該星系持續(xù)觀測超過30小時，才捕捉到氫氣和氧氣的微弱發(fā)射譜線。"數(shù)據(jù)中所揭示的極度缺氧現(xiàn)象令我激動不已，"金澤大學(xué)副教授中島公彥說，"清楚地表明我們捕捉到了一個原始星系在剛形成后不久的瞬間。"
? ?為什么氧含量如此重要？氧是宇宙中僅次于氫和氦的第三豐富元素，由恒星核聚變產(chǎn)生并隨超新星爆發(fā)散布到星際空間。含氧量越低，意味著經(jīng)歷的恒星演化循環(huán)越少，越接近宇宙原材料的原始狀態(tài)。在這之前，理論上預(yù)言第一代恒星的質(zhì)量能超過100倍太陽質(zhì)量，不過觀測方面一直沒得到證實。
? ?在2023年，中國科學(xué)院國家天文臺趙剛團(tuán)隊借助郭守敬望遠(yuǎn)鏡，在銀河系暈里頭發(fā)現(xiàn)了一顆有260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星化學(xué)遺跡，并且LAP1-B的發(fā)現(xiàn)不是單獨的一個事兒。那顆極貧金屬星LAMOSTJ1010+2358的化學(xué)豐度，與對不穩(wěn)定超新星理論計算高度吻合。

? ?根據(jù)2024年韋伯空間望遠(yuǎn)鏡得到的數(shù)據(jù)，中國科學(xué)院大學(xué)王鑫團(tuán)隊精準(zhǔn)地描繪出一個形成于132億年前的高紅移星系，而且在這個星系里探測到第一代恒星存在的潛在跡象。人類正在盡力，從銀河系考古到宇宙邊緣的深空探尋，拼湊出有關(guān)宇宙起始的完整圖景
? ?LAP1-B呈現(xiàn)出比較高的碳氧比，和理論預(yù)測是相符的第一代恒星爆炸后散布的物質(zhì)就有這樣的特征。該星系恒星質(zhì)量上限不足太陽的3300倍，暗物質(zhì)在其中占據(jù)絕對主導(dǎo)。這些特性使它與銀河系周邊被稱為"宇宙化石"的超暗矮星系高度吻合。
? ?天文學(xué)家曾經(jīng)推測超暗矮星系是最早期星系的遺跡，因為它們沒有重元素，不過一直沒有直接證據(jù)。LAP1-B在宇宙極早期與今天銀河系周圍的"化石星系"之間架起了一座橋梁。哈佛大學(xué)前天文系主任阿維·勒布曾稱尋找此類證據(jù)為"貧金屬星研究領(lǐng)域的圣杯之一"。
? ?但引力透鏡放大技術(shù)存在不確定性。前景星系團(tuán)的質(zhì)量分布模型直接影響光度重建的精準(zhǔn)程度，LAP1-B這種極端低氧豐度到底是全局特征還是局部表現(xiàn)，不要用更大的樣本去驗證。更深入的難題在于，第一代恒星和后代恒星群體常常相互混合，要精確地把它們區(qū)分開可不是很容易
? ?只由第一代恒星組成的星系還可能被中性氣體云包裹著擋住，觀測的窗口比較狹窄。LAP1-B打開了通往宇宙黎明的一扇窗。此前，韋伯望遠(yuǎn)鏡已在系外行星大氣中探測到二氧化碳。并以前所未有的分辨率繪制出宇宙暗物質(zhì)地圖。這一次，他的目光投向了更古老的過去。

? ?研究團(tuán)隊計劃尋找更多原始天體。未來三到五年內(nèi)，若類似LAP1-B的原始星系被批量發(fā)現(xiàn)，人類對宇宙"第一縷曙光"的認(rèn)知將從零星猜測躍升為統(tǒng)計學(xué)意義上的系統(tǒng)圖景。我們身體里的每一個氧原子，都曾經(jīng)在一顆古老恒星的熔爐里鍛造過，接下來又在超新星爆發(fā)的時候被拋灑到星際虛空里
? ?LAP1-B讓我們第一次回到那個鍛造還沒開始的時候宇宙的元素周期表差不多就像一張白紙，就只有氫和氦在無邊的黑暗里靜靜飄著。你和我身體里65%的氧，可能就來自像LAP1-B這樣貧瘠地方里第一代恒星造出來的。這難道不算是最深刻的鄉(xiāng)愁嗎我們所有人，最終都是星塵的后代
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數(shù)據(jù)來源：
[1] Nature, 2026年5月13日, LAP1-B星系研究
[2] 《天體物理學(xué)雜志快報》，王鑫等，2024年9月
[3] Nature, 趙剛團(tuán)隊，2023年6月7日
?[4] NASA詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)報告