臺北市立天文科學教育館

由澳洲斯威本科技大學領導的研究團隊，使用ESO 甚大望遠鏡（VLT）250小時的觀測期間發現，在僅僅3億年的時間裡，溫暖的碳含量突然增加了5倍。

圖說：透過測量古代星系周圍氣體中的碳密度，對130億年前的宇宙狀態有了新的認識。圖片來源：Swinburne University of Technology

第一個星系的形成標誌著宇宙歷史上的一個重要轉折點。大質量恆星釋放的高能光子，開始了宇宙的再電離，恆星核合成導致了第一批重元素的產生，然後通過超新星爆炸釋放到周圍的氣體中。然而，對於第一個星系形成的時間以及其如何塑造周圍環境的特性，人們所知甚少。

研究人員發現溫暖氣體中的碳含量約在130億年前迅速增加，這可能與稱為再電離時期的大規模氣體加熱有關，雖然之前的研究表明暖碳在增加，但需要更大的樣本來提供統計數據，以準確測量增長的速度，因此，團隊對這種快速演變提出了兩種可能的解釋。首先，星系周圍的碳最初會增加，僅僅是因為宇宙中有更多的碳。在第一批恆星和星系形成的時期，大量的重元素正在形成，因在有恆星之前未曾有過碳。因此，快速上升的一個可能原因就是我們看到了第一代恆星的產物。但我們也發現了同時期冷碳數量減少的證據，這表示碳的演化過程可能有兩個不同的階段--在發生再電離時迅速上升，隨後趨於平緩。

多虧了8米的VLT，讓我們可以觀察到一些最遙遠的類星體，它們就像手電筒般，照亮了從早期宇宙到地球途中的星系。當類星體的光在其130億年的宇宙之旅中穿過星系時，一些光子被吸收，在光中形成獨特的條碼狀圖案，這些圖案使我們可以對其分析，並確定星系中氣體的化學成分和溫度，給出了宇宙發展的歷史畫面。這些條碼是由VLT X-SHOOTER光譜儀所捕獲，它將星系的光分成不同的波長，如同光通過稜鏡一樣，讓我們得以讀取條碼並測量每個星系的特性。而結果與最近的研究一致，顯示星際空間的中性氫含量大約在同一時間迅速減少。相關研究成果將發表於《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》期刊上。（編譯／趙瑞青）

資料來源：SCI NEWS