臺北市立天文科學教育館

當宇宙初生時，化學反應並不多，只有氫、一些氦和其他一些微量元素。直到恆星形成至死亡之後，才出現較重的元素。當科學家將韋伯太空望遠鏡望向遙遠宇宙，在大霹靂（Big Bang）後不到十億年的之處發現了大量的碳塵時，感到十分驚訝。這個發現表示在動蕩不安的早期宇宙中，有一些方法可以增強碳的產生，可能是大質量恆星在死亡時將碳噴到太空之中。

研究團隊在紅移4-7處探測到的碳質塵埃，為早期宇宙的塵埃生成模型和場景提供了重要的關鍵限制因素。138億年前大霹靂之後，宇宙生命的第一個十億年被稱為宇宙黎明（Cosmic Dawn），這是一個關鍵時期，第一批原子形成； 第一批恆星誕生；第一道曙光在黑暗中綻放。恆星內部的原子經由核融合創造出大量比氫和氦更重的元素，這些較重的元素基本上只在恆星中積聚，直到死亡後將其噴出至周圍的空間中，這個過程通常需要一些時間。而研究團隊在宇宙大霹靂後僅8億年的星系光譜中發現了出乎意料富含碳塵埃的特徵。但問題是這些塵埃顆粒被認為需要數億年的時間才能形成，而星系的特徵對於這個形成時間尺度來說太年輕了，但這並非不可能。

圖說：韋伯太空望遠鏡所拍攝沃夫－瑞葉星WR 124的影像。圖片來源：NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

宇宙中第一批恆星被認為比我們今天看到的年輕恆星質量要大得多，質量越大的恆星演化越快，因此壽命相對較短，在超新星爆炸後，較重的物質會相對較早地擴散開來。而沃夫－瑞葉星是已經演化至生命末期，處於超新星邊緣的大質量恆星，它們所剩的氫不多，但有大量的氮或碳，而且正以非常高的速率噴射出物質，這些噴出物含有大量的碳。在宇宙黎明期間的多個星系中發現大量碳，這可能證明這些過程不是剛剛發生，在早期宇宙中反而比最近更為常見。反之，這表示巨大的恆星是第一代恆星的常態，這也將有助於解釋為什麼我們今天看不到任何一顆第一代恆星在宇宙中徘徊。相關研究成果發表於《Nature》期刊上。（編譯／趙瑞青）

圖說：沃夫－瑞葉星WR 140向周圍的空間噴出富含碳的塵埃。圖片來源：NASA/ESA/CSA/STScl/JPL-Caltech

資料來源：Science alert