早期星系已開始「撒重元素」

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測結果徹底顛覆了過去對宇宙早期的認知。研究團隊利用近紅外光譜儀（NIRSpec），觀察了3個紅移介於7.2至9.3的遙遠星系。這些星系的光穿越超過130億年才抵達地球，讓我們得以窺見宇宙非常早期的樣貌。過去一般認為，第一批星系周圍的氣體應主要由宇宙初期留下的氫、氦組成，仍接近原始狀態。然而，這項研究卻發現，當時星系周圍已經存在含有氧、碳、矽等重元素的氣體，顯示重元素的擴散比預期更早發生。

偵測到「藍移」吸收線，氣體正向外流動

研究團隊透過分析星系本身的紫外光譜，尋找氣體吸收特徵。結果在3個星系都偵測到藍移的金屬吸收線，包括中性氧（O I）、低電離的矽與碳（Si II、C II），以及高電離的矽與碳（Si IV、C IV）。這些吸收線相對於星系的系統速度偏移約50至250公里／秒。不同電離程度的氣體具有相近的速度結構，顯示它們並非靜止於星系內部，而是處於向外流動或受到動力擾動的狀態。這意味著第一批恆星形成後不久，恆星活動便已將新生成的重元素帶離星系，進入周圍的氣體環境。

重元素擴散影響「第三星族星」觀測

這項結果涉及「重子循環」（baryon cycling），即星系內的氣體、重元素與能量在星系與周圍環境之間反覆輸送與再分布。JWST的觀測顯示，這種化學富集與物質再分布在宇宙非常早期便已發生，意味著早期星系並非封閉系統。值得注意的是，如果星系在大霹靂後僅數億年便已將重元素快速散布，完全未受污染的原始氣體可能很快變得稀少。這為理解為何「第三星族星」（Population III stars）至今仍難以直接觀測提供了新的觀測證據，也揭示了早期星系成長與重元素遍布宇宙的關鍵機制。