ALMA發(fā)現(xiàn)128.8億年前的水分子 。
藝術(shù)家筆下描繪的SPT0311-58 。ALMA / S. Dagnello
水是什么時(shí)候在宇宙中出現(xiàn)的？阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波望遠(yuǎn)鏡陣列（ALMA）最近發(fā)現(xiàn)，至少128.8億年前宇宙中就有水了 ， 至少在分子層面上是如此 。它在一個(gè)距離地球約128.8億光年的星系中發(fā)現(xiàn)了水分子，這是有史以來人類在普通產(chǎn)星星系中發(fā)現(xiàn)的最早的水，也是最遙遠(yuǎn)的水 。
ALMA還發(fā)現(xiàn)這個(gè)名叫SPT0311-58的大型星系內(nèi)有一氧化碳分子 。這一發(fā)現(xiàn)告訴我們，宇宙誕生大約7.8億年后 ， 早期恒星合成的元素便已經(jīng)開始形成分子 。
SPT0311-58實(shí)際上由兩個(gè)星系組成，是一對(duì)處于宇宙“再電離期”的星系 。“再電離期”出現(xiàn)在宇宙誕生后僅7.8億年時(shí)，當(dāng)時(shí)宇宙的年齡只有其當(dāng)前年齡的5% 。首批恒星和星系也是在這一時(shí)期出現(xiàn)的 。
【水是怎么來的 百科 水是怎么來的】組成SPT0311-58的兩個(gè)星系正處于融合的過程中 。融合過程導(dǎo)致大批恒星在它們內(nèi)部快速誕生，并消耗了它們內(nèi)部的大量氣體 。早期星系內(nèi)的恒星誕生速度要比今天的銀河系高出數(shù)千倍 。這對(duì)星系最終可能會(huì)融合成為一個(gè)巨大的橢圓星系 。
ALMA在這兩個(gè)星系內(nèi)檢測(cè)到了水和一氧化碳分子 。水分子含氧，一氧化碳分子既含氧又含碳 。氧和碳是第一代由恒星合成的元素 ， 而且都對(duì)生命至關(guān)重要 。
SPT0311-58是已知紅移值最大的星系 。紅移值越大意味著越遙遠(yuǎn)，這也意味著它所在的宇宙越年輕 。SPT0311-58擁有的氣體和塵埃與同時(shí)期其他星系相比較多 。
實(shí)際上，水分子的含量在宇宙中可以排第三，僅次于氫和一氧化碳分子 。科學(xué)家常通過遠(yuǎn)紅外波段在宇宙中尋找水分子 。恒星產(chǎn)生的紫外線經(jīng)宇宙塵埃吸收后，會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線 ， 而遠(yuǎn)紅外線會(huì)進(jìn)一步激發(fā)水分子，使之產(chǎn)生可供觀測(cè)的水發(fā)射線 。
這一研究的意義不僅在于讓我們發(fā)現(xiàn)了迄今最早、最遙遠(yuǎn)的水，還提出了一個(gè)值得深思的問題：為何宇宙在如此年輕時(shí)，便已經(jīng)擁有了如此多的氣體和塵埃？而像水這樣對(duì)生命而言非常重要的分子，竟然在宇宙誕生后不久就如此迅速地產(chǎn)生 。其背后的過程，一定與今天人們所知的極為不同 。
SPT0311-58中的水（H?O）和一氧化碳（CO） 。ALMA / S. Dagnello
參考Molecular Line Observations in Two Dusty Star-Forming Galaxies at z = 6.9https://arxiv.org/abs/2108.11319
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