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(gè)能改寫宇宙學(xué)教科書的發(fā)現(xiàn)。一個(gè)國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)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(diǎn)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(shí)的宇宙——在電離時(shí)代的一個(gè)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(duì)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(shí)，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(gè)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(shí)。
? ?在2023年，中國科學(xué)院國家天文臺趙剛團(tuán)隊(duì)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(dú)的一個(gè)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(jì)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(duì)精準(zhǔn)地描繪出一個(gè)形成于132億年前的高紅移星系，而且在這個(gè)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?yàn)樗鼈儧]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(yàn)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(duì)計(jì)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(jì)學(xué)意義上的系統(tǒng)圖景。我們身體里的每一個(gè)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(shí)候被拋灑到星際虛空里
? ?LAP1-B讓我們第一次回到那個(gè)鍛造還沒開始的時(shí)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(bào)》，王鑫等，2024年9月
[3] Nature, 趙剛團(tuán)隊(duì)，2023年6月7日
?[4] NASA詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)報(bào)告