发现130亿年前原始星系：氧丰度仅为太阳1/240

原始星系LAP1-B：来自130亿年前的化学化石

天文学家利用詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）结合引力透镜效应，精确测定了超暗星系LAP1-B的化学组成。该星系诞生于宇宙大爆炸后约8亿年（红移z≈7），其氧丰度仅为太阳的1/240，创下已知最低纪录。这一发现发表于《自然》杂志，为理解宇宙早期的元素合成与星系演化提供了关键线索。

引力透镜的放大效应

LAP1-B原本极其暗淡，但恰好位于一个巨大星系团的后方。该星系团的引力像天然透镜一样，将LAP1-B的光线放大了约100倍。研究团队利用JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）对目标进行了超过30小时的凝视观测，才捕捉到微弱的化学信号。

极低的氧丰度与高碳氧比

通过分析光谱中的发射线，团队测得LAP1-B的氧元素含量仅为太阳的1/240。同时，其碳元素与氧元素的比率（C/O）异常高，与理论预言的宇宙第一代恒星（族III恒星）爆发后抛射的物质特征高度吻合。这表明该星系的化学元素主要来自第一代恒星的超新星爆发，尚未被后续更重的恒星污染。

暗物质主导的超轻星系

LAP1-B的恒星质量不到3300倍太阳质量，在如此小的质量下，其引力束缚主要由暗物质提供。这种特性使它与银河系周围发现的超暗矮星系（UFDs）极为相似。UFDs被认为是宇宙中的化石星系，其中恒星年龄超过120亿年，且重元素含量极低。天文学家长期猜测它们可能是早期原始星系的遗迹，但一直缺乏直接证据，LAP1-B的发现首次建立了这种联系。

宇宙考古学的里程碑

研究负责人中岛公彦（金泽大学）表示：“找到如此原始状态的星系令人震惊。这是宇宙诞生后不久形成的原始星系的化学指纹。”共同作者大内正己（国立天文台）指出：“LAP1-B完全符合我们想象中祖先星系的模样，它解释了为什么这些宇宙化石能幸存至今。”

未来展望

研究团队计划继续利用JWST搜寻更原始的星系，试图找到宇宙中形成的第一批星系。这一发现也开辟了利用引力透镜和韦伯望远镜进行“宇宙考古”的新途径，有望揭示元素诞生的完整历史。

关键数据一览

• 星系名称：LAP1-B
• 红移：z≈7（距现在约130亿年）
• 氧丰度：约为太阳的1/240
• 碳氧比：显著高于银河系恒星
• 恒星质量：<3300 M☉
• 暗物质占比：主导
• 观测设备：JWST NIRCam（成像）+ NIRSpec（光谱）

与银河系化石星系的关系

银河系周围的超暗矮星系（如赛格瑞2、博厄斯1等）一直被认为可能是早期宇宙的遗迹。LAP1-B的化学特征与它们高度匹配，表明这些化石星系确实起源于再电离时期的原始矮星系。这一发现也暗示，可能存在更多类似的超暗星系隐藏在宇宙深处。

科学意义

这项研究证实了第一代恒星在宇宙早期就开始了重元素合成，并揭示了恒星爆炸如何首次将金属元素散布到星际介质中。此外，LAP1-B的极端贫金属性质为恒星模型提供了直接观测约束，有助于理解第一代恒星的质量分布和爆炸机制。对于普通读者来说，这就像发现了宇宙的“初代炼金术”现场，见证了轻元素如何被锻造成生命所必需的重元素。

（全文共1200余字）

原标题：Chemically primitive galaxy from 13 billion years ago reveals record-low oxygen。 来源：phys.org。

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