水,是什麼時候在宇宙中出現的?

是什麼時候在宇宙中出現的?阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波望遠鏡陣列(ALMA)最近發現,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。它在一個距離地球約128.8億光年的星系中發現了水分子,這是有史以來人類在普通產星星系中發現的最早的水,也是最遙遠的水。

藝術家筆下描繪的SPT0311-58。

ALMA還發現這個名叫SPT0311-58的大型星系內有一氧化碳分子。這一發現告訴我們,宇宙誕生大約7.8億年後,早期恒星合成的元素便已經開始形成分子。

SPT0311-58實際上由兩個星系組成,是一對處于宇宙「再電離期」的星系。「再電離期」出現在宇宙誕生後僅7.8億年時,當時宇宙的年齡只有其當前年齡的5%。首批恒星和星系也是在這一時期出現的。

組成SPT0311-58的兩個星系正處于融合的過程中。融合過程導致大批恒星在它們內部快速誕生,並消耗了它們內部的大量氣體。早期星系內的恒星誕生速度要比今天的銀河系高出數千倍。這對星系最終可能會融合成為一個巨大的橢圓星系。

ALMA在這兩個星系內檢測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,而且都對生命至關重要。

SPT0311-58是已知紅移值最大的星系。紅移值越大意味著越遙遠,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期其他星系相比較多。

SPT0311-58中的水(H₂O)和一氧化碳(CO)。

實際上,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。科學家常通過遠紅外波段在宇宙中尋找水分子。恒星產生的紫外線經宇宙塵埃吸收後,會產生遠紅外線,而遠紅外線會進一步激發水分子,使之產生可供觀測的水發射線。

這一研究的意義不僅在于讓我們發現了迄今最早、最遙遠的水,還提出了一個值得深思的問題:為何宇宙在如此年輕時,便已經擁有了如此多的氣體和塵埃?而像水這樣對生命而言非常重要的分子,竟然在宇宙誕生後不久就如此迅速地產生。其背後的過程,一定與今天人們所知的極為不同。

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