詹姆斯·韦伯太空望远镜首次探测到宇宙早期恒星中的类金刚石碳尘
一幅插图显示了詹姆斯·韦伯太空望远镜看到的早期星系周围的碳多环芳烃分子。(图片来源:美国宇航局/欧空局/JWST/罗伯特·李)
（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（罗伯特·李）：詹姆斯·韦伯太空望远镜已经探测到了银河系中已知的最早的碳尘。
使用强大的太空望远镜，一组天文学家在早在大爆炸后10亿年就存在的10个不同星系中发现了形成所有生命主干的元素迹象。
大爆炸后这么快就探测到碳尘可能会动摇围绕宇宙化学进化的理论。这是因为在詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)观测到这些年轻星系的时候，创造和分散像这样的较重元素的过程在星系中需要更长的时间。
“这里令人惊讶的发现是，我们可以在这么早的时间直接看到和了解这些尘埃颗粒的属性，我们可以告诉他们是碳基的，”研究的主要作者和剑桥大学科学家乔里斯·维茨托克告诉Space.com。“从我们之前的预期来看，这相当令人惊讶。”
作为JWST高级深河外巡天(JADES)的一部分，该团队通过检查来自10个星系的光谱，在这个样本中发现了碳尘。像这样的探测是可能的，因为元素吸收和发射特征波长的光，这意味着它们在来自星系和恒星等光源的光中留下“指纹”。
芳香烃尘埃是通过吸收特定紫外线频率的光而“爆发”出来的。
问题是，这些年轻的星系是如何如此迅速地富含碳的？
一个宇宙“快速致富”计划？
早期宇宙主要由氢和氦以及微量的一些较重元素组成，这意味着最初的恒星和星系应该由这些轻元素组成。
宇宙化学演化的传统模型表明，像碳和氧这样的重元素是在恒星中心的核熔炉中形成的。当第一批恒星耗尽了核聚变的燃料并到达其生命的尽头时，它们在超新星中爆炸，将它们锻造的材料分散到宇宙中。这种恒星物质融入了星际尘埃。
当这种尘埃的密集斑块坍塌时，这种物质成为下一代恒星的建筑材料，从而富含重元素，位于类似的富集星系中。
这受到了Witstok和他的同事们的发现的挑战，因为他们看到的一些PAH尘埃所在的星系估计有1000万年的历史。这意味着必须有一种在相对较短的时间范围内产生和扩散碳的方法。
这些发现体现了在JWST号之前不可能出现的科学，该号于2022年7月开始观测宇宙并提供数据和图像。
早期星系发出的光的波长在宇宙穿越数十亿光年时被宇宙的膨胀拉长了，因此需要数十亿年才能到达我们这里。这导致来自星系的紫外光在电磁波谱中下移，这个过程被称为“红移”。星系越遥远，越早，红移越剧烈，这意味着来自最初星系的光被延伸到红外波长。来自这些星系的光已经穿越宇宙长达128亿年，现在是红外光。
JWST是有史以来放置在太空中的最灵敏的红外太空望远镜，也是唯一能够解析来自如此遥远星系的光中的碳指纹等特征的望远镜。
关于这项研究的未来，维茨托克解释说，有两种可能的途径可以探索。
“首先，在观测方面，JWST正在收集更多的数据，所以我们可以观察更大的星系样本，看看我们是否可以了解到任何将碳指纹与星系特定属性联系起来的东西，”他说。
在理论方面，Witstok说，科学家现在可能开始考虑什么天体物理物体和事件可以在短时间内产生多环芳烃碳粒。“还有很多工作要做，”他总结道。
该团队的研究发表在7月19日的《自然》杂志上。
