有一個星系的光線經過了將近 135 億年才到達我們這裡，它剛剛被確認為是迄今為止發現的最早的星系。
通過使用「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列 (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA)」 研究該星系的含氧量，天文學家精確地確定其誕生在大爆炸後僅 3.67 億年的時間，那時宇宙中的第一道光才剛開始在太空中自由傳播。
這一結果證實了詹姆斯韋伯太空望遠鏡 JWST 的觀察結果，並提供我們關於早期宇宙的新訊息，這些訊息告訴我們有關元素的起源。
日本名古屋大學的天文學家 Tom Bakx 說：「詹姆斯韋伯太空望遠鏡的第一張圖片顯示出這麼多的早期星系，我們覺得我們必須使用地球上最好的天文台來檢驗它的結果。」
「對於一名觀測天文學家來說，這是一個非常激動人心的時刻，我們可以實時追蹤觀測的狀態，實時測試 JWST 結果。」
這個星系被命名為 GHZ2/GLASS-z12 ，它在去年 7 月首次被 JWST 發現，就在該望遠鏡對宇宙的紅外光打開它的分割金色透鏡後不久。
11 月的一篇論文詳細介紹了這一發現，將該星系追溯到大約 138 億年前發生的大爆炸之後的 3.5 億年。
這實際上是非常驚人的，但如果可以使用獨立儀器加以確認，任何天文發現都會更加有說服力。
因此，由 Bakx 和日本國家天文台的天文學家 Jorge Zavala 領導的團隊轉向了電波望遠鏡 ALMA，看看他們還能對這個新發現的星系了解多少。
他們將 ALMA 轉向 GHZ2/GLASS-z12 的方向，開始尋找與氧氣有關的無線電頻譜的發射特徵。
由於氧氣的形成時間相對較短，它通常被用來了解更多關於宇宙早期的星系。當光進入氧氣時，它會在一個特定的波長范圍內重新發射，從而導致在該部分光譜上產生一條更亮的線。
組成 ALMA 的 66 個 12 米無線電天線中的每一個都投入工作，最終檢測到了靠近 GHZ2/GLASS-z12 位置的一條氧氣發射線。科學家根據後續的分析和統計測試確定該信號是真實的，並且與該星系有關。
Bakx 解釋道：「我們最初對檢測到的氧氣發射線與韋伯望遠鏡看到的星系之間的位置有微小變化感到擔憂。但我們對觀測結果進行了詳細測試，確認這確實是一個可靠的檢測。」
星系和氧氣發射線之間的距離非常小，這可能表明劇烈的爆炸或相互作用剝奪了星系的大量氣體，將其吹入星系間的空間。
研究團隊將他們的觀測日期定格在大爆炸後的 3.67 億年，這是比較精確的。而且，根據發射線的亮度，他們能夠推斷出該星系相對快速地形成了比氫和氦重的高豐度元素。
這很有趣。早期的宇宙在恆星出現之前，大部分是由氫和少量的氦組成。然後恆星形成了， 在它們熾熱、緻密的核心中，它們開始將原子結合在一起，從而產生更重的元素。
但是這些元素被鎖在恆星內部，一直到恆星死亡，在壯觀的超新星中爆炸，那些較重的元素才能夠在星際空間中傳播。
這麼早出現在宇宙中的氧氣提供了我們一些關於這些早期恆星形成的時間和演變的線索，都是我們還無法用儀器直接看到的部分。
Zavala 說：「這些深入的 ALMA 觀測提供了宇宙大爆炸後最初幾億年內星系存在的有力證據，並證實了來自韋伯觀測的驚人結果。」
「JWST 的工作才剛剛開始，但我們已經在調整我們關於星系如何在早期宇宙中形成的模型，以匹配這些觀測結果。韋伯和電波望遠鏡陣列 ALMA 的綜合力量給了我們信心，使我們的宇宙視野能越來越接近宇宙的黎明。」
該研究已發表在 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 上。
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資料來源：
- Starr, M., (28 January 2023). Scientists Reveal The Most Distant Galaxy We've Ever Found. ScienceAlert
- Bakx, T., Zavala, J., Mitsuhashi, I., Treu, T., Fontana, A., Tadaki, K. I., etal. (23 December 2022). Deep ALMA redshift search of a z ∼ 12 GLASS-JWSTgalaxy candidate. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (https://doi.org/10.1093/mnras/stac3723)
- 圖片來源：https://ras.ac.uk/media/1320 (NASA/ESA/CSA/T. Treu, UCLA/NAOJ/T. Bakx, Nagoya U)
