碳的诞生与氧气共同造就生命需要的环境？

早期宇宙中年轻的星系是重金属的反叛者

詹姆斯·韦伯太空望远镜在一个小星系中发现了碳，据悉，它在大爆炸后仅存在3.5亿年。

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜能够探测到迄今为止最远、红移最高的星系，这些星系存在于宇宙只有2 -4亿年的时候。(图片来源:美国国家航空航天局/欧洲航天局/加拿大航天局//J·奥姆斯特德(空间望远镜研究所)/S.卡尼亚尼（高等师范大学)/杰德威（合著）

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)在宇宙大爆炸后仅3.5亿年的一个星系中发现了迄今为止观测到的最遥远的碳。这一发现是值得铭记的，因为它不仅是已知最古老的碳，而且第一次在非常早期的宇宙中证实了是比氢或氦(天文学家称之为“非金属”)更重的元素。英国剑桥大学卡夫利天文研究所的 罗伯特·马约里诺在一份声明中说:“早期的研究表明，碳的大量形成相对较晚——大约在大爆炸后10亿年。”“但我们发现碳形成的时间要早得多，它甚至可能是所有非金属中最古老的。”

宇宙中的氢和氦诞生于大爆炸的熔炉中，但除了额外的一点点锂外，其他所有元素都来自恒星。这些恒星内部的核聚变反应会产生碳、氧、氮等，而超新星爆炸的原始能量可以产生许多更重的元素，还有中子星合并。

众所周知，大部分元素，尤其是碳，对于行星和生命的重要在于需要几代恒星才能积累足够的碳和其他非金属，才能在遥远的距离被探测到，并在宇宙化学中发挥作用。

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了有史以来最遥远的星系（图片）-詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了我们宇宙中最早的3个星系虽然GS-z12中的碳被确认为最早的非金属，但该星系可能不会保持很长时间的记录。天文学家使用JWST发现了迄今为止发现的红移最高的星系，红移为14.2，这表明它在大爆炸后仅2.9亿年。在它的光谱中已经检测到氧的吸收线，但这一发现还需要通过同行评审的橡皮图章。

宇宙中的氢和氦诞生于大爆炸的熔炉中，但除了额外的一点点锂外，其他所有元素都必须等待来自恒星。这些恒星内部的核聚变反应会产生碳、氧、氮等，而超新星爆炸的原始能量可以产生许多其他甚至更重的元素，中子星合并也是如此。

正如我们所知，这些元素中的许多，特别是碳，对于形成行星和生命至关重要，但需要几代恒星才能积累足够的碳和其他非金属，才能在如此遥远的距离被探测到，并在宇宙化学中发挥作用。

然而， 詹姆斯·韦伯在星系GS-z12中检测到的碳——红移为12.5，相当于134亿年的回溯时间——表明恒星在宇宙形成时期生活得很快。为了在如此短的

时间内积累可检测的碳量，许多代人必须快速地相继出现和消失。（大爆炸发生在大约138亿年前。）

马约里诺说：“我们很惊讶在宇宙的早期就看到了碳，因为人们认为最早的恒星产生的氧气比碳多得多。”。“我们曾认为碳富集的时间要晚得多，通过完全不同的过程，但它出现得这么早，这一事实告诉我们，第一批恒星的运行方式可能非常不同。”

与我们自己的银河系相比，GS-z12是一个紧凑、低质量的星系，但在我们发现它的早期时间框架内，它的质量相对较大，那个时代是由小但快速增长的星系组成的。

领导这项研究的卡夫利研究所的弗朗西斯科·德尤金尼奥说：“当我们观察到它时，它只是一个星系的胚胎，但它可能会演变成一个相当大的天体，大约有银河系那么大。”。

碳的早期发现可能会改变我们对宇宙化学过程的了解。碳是宇宙尘埃颗粒的重要组成部分，它们聚集在一起形成更大的物体——小行星、小行星，最后是行星本身。事实上，人们认为地球主要是由碳质物体组成的。正如我们所知，碳也是生命的重要组成部分。

“最早的恒星是化学进化的圣杯，”欧亨尼奥说。“由于它们只由原始元素（即氢和氦）组成，因此它们的行为与现代恒星非常不同。通过研究恒星内部第一批非金属是如何以及何时形成的，我们可以为导致生命形成的最早步骤设定一个时间框架。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）检测到碳，也在GS-z12中发现了氧和氖的迹象，但需要更多的数据来证实这些元素的存在。

虽然GS-z12中的碳被证实是最早的非金属，但该星系可能不会长期保持这一记录。使用JWST的天文学家发现了迄今为止发现的红移最高的星系，红移为14.2，这使它在大爆炸后仅2.9亿年。在其光谱中检测到了氧气的吸收线，但这一发现仍需要通过同行评审来证明。一旦它发表在期刊上，那么它将成为比氢或氦重的元素的最早例子。

无论哪种方式，这一新发现都表明，元素可以在早期宇宙中大量产生，而且当时恒星的诞生和死亡速度让天文学家出乎意料。

此外，早期宇宙中碳和氧的存在意味着天文学家和天体生物学家也许可以对行星的讨论有一个开端，也可涉及一些宇宙早期生命的存在。

GS-z12中碳的发现将发表在未来一期的《天文学与天体物理学》上，但该论文的预览可在此处获得。

BY:Keith Cooper

FY: Jane

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