【正見新聞網2021年11月08日】
圖：ALMA觀測到的SPT0311-58照片。右邊小圖從上到下分別顯示了雙星系中的塵埃，水分子，以及一氧化碳在三個不同光譜線的分布圖。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)
水是生命之源。要想知道在地球以外宇宙中哪裡還有生命，最重要的就是要找到水分子的分布。不為大眾所知的是，水分子也是宇宙及星系的成長演化過程中的重要指標，因此科學家非常重視探測水分子在宇宙中的分布。
最近，一組天文學家驚奇發現在宇宙中已知最古老的星系之一竟然也有水分子分布。
利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米望遠鏡陣列(ALMA)的新觀測結果，研究團隊在早期宇宙中質量最大的一個星系中發現了水。
編號為SPT0311-58的星系距離地球大約128.8億光年。研究團隊在其中發現了大量水分子和一氧化碳。這表明在早期恆星中形成元素後不久，宇宙中就有大量分子形成。
這項新研究是迄今為止對早期宇宙中一個星系的分子成分的最詳細研究。這也是科學家首次在如此遙遠的恆星形成星系中探測到水分子。
「使用ALMA對統稱為 SPT0311-58 的一對星系中分子氣體的高解析度觀測，我們在兩個星系中較大的一個星系中檢測到了水和一氧化碳分子。尤其是氧和碳是第一代元素，以一氧化碳和水的分子形式存在，正如我們所知，它們對生命至關重要，」論文的主要作者、美國伊利諾伊大學的博士研究生斯裡瓦尼·賈魯古拉(Sreevani Jarugula)在一份聲明中說。
SPT0311-58實際上由兩個星系組成，在2017年首次被ALMA探測到。由於它離地球非常遙遠，它發出的光是在將近128.8億年前發出的，這個時間的宇宙年齡只有7.8億年，大約是當前年齡的5%。這個時期在宇宙演化理論中被稱為再電離時代，第一批恆星和星系就在這個時代誕生。
研究團隊認為，這兩個星系可能正在合併，而且它們快速的恆星形成不僅耗盡了它們的星際氣體，而且最終可能會將這對星系演化成像同時代宇宙中所見的那樣的大質量橢圓星系。
賈魯古拉補充說：「這個星系是目前已知的最大紅移星系，或者說宇宙還很年輕的時候。與早期宇宙中的其它星系相比，它擁有更多的氣體和塵埃，這為我們提供了大量潛在機會來觀察豐富的分子，並更好了解這些創造生命的元素如何影響早期宇宙的發展。」
尤其是水，它是宇宙中僅次於氫分子和一氧化碳的第三大分子。先前對本地和早期宇宙中星系的研究將水分子的輻射和塵埃的遠紅外發射相關聯。 賈魯古拉繼續說：「塵埃吸收了星系中恆星的紫外線輻射，並將其作為遠紅外光子重新發射。」 「這進一步激發了水分子，從而產生了科學家能夠觀察到的水分子的輻射。這種相關性可用於使用水分子作為恆星形成的標誌，然後可以將其應用於宇宙學尺度上的星系。」
研究宇宙中最早形成的星系有助於科學家更好了解宇宙的誕生、成長和演化，以及其中的一切，包括太陽系和地球。特別是如果水分子的輻射能夠指示恆星的誕生，那將對科學家認識恆星是如何形成的以及其系統中是否能孕育生命有重要作用。
賈魯古拉指出，「早期星系的恆星形成速度是銀河系的數千倍。研究這些早期星系的氣體和塵埃含量可以讓我們了解它們的特性，例如正在形成多少顆恆星、氣體轉化為恆星的速度、星系如何相互以及與星際介質相互作用等等。「
賈魯古拉認為關於SPT0311-58和早期宇宙的星系還有很多東西需要了解。「這項研究不僅提供了關於水可以存在於宇宙中的位置和距離的答案，而且還提出了一個大問題：在宇宙的早期，如此多的氣體和塵埃是如何聚集形成恆星和星系的？ 這需要對這些和類似的恆星形成星系進行進一步研究，以更好了解早期宇宙的結構形成和演化。」
ALMA項目主任、美國國家科學基金會的喬·佩斯(Joe Pesce)在上述聲明中表示：「這一令人興奮的結果展示了ALMA的力量，增加了對早期宇宙的越來越多的觀察。」 「這些對地球上的生命很重要的分子正在儘快形成，他們的觀察使我們能夠洞察與今天大不相同的宇宙的基本過程。」
這項新研究即將發表在《天體物理雜誌》上，arXiv網站上有論文的預印本。