深呼吸:遙遠宇宙找到氧
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深呼吸:遙遠宇宙找到氧

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我們每次呼吸,都帶有大量的氧氣。氧氣是組成大氣的很重要一部分。沒有氧氣,人類可沒辦法在地球上生存。
天文學家知道,宇宙裡所有的氧原子都是恆星製造的。138億年前,宇宙在大
霹靂中誕生時,並沒有氧。氧原子在稍後才形成,而且是在恆星內部產生的──在一種叫做核融合的過程中誕生。等到當恆星爆發形成「超新星」時,氧原子飛到太空中去了。最後,有些氧原子進入某個雲團,那個雲團,後來又產生出我們太陽系。


利用 ALMA,天文學家現在已探測到宇宙中最早的氧原子。他們觀測到一個遙遠星系,從那兒來的光線,花了132.8億年才到達地球。換句話說:我們看到的是132.8億年前的星系──是大霹靂後5億年左右。
天文學家在那個星系的光線中,偵測到,一些由發光的氧原子發出的輻射,這明顯地表示,當宇宙只有5億年時,氧已經存在了。過去從來還不曾在宇宙歷史 這麼早期的階段偵測到氧。刷新紀錄了。
在宇宙一開始的5億年,到底發生過哪些事呢?天文學家認為他們有答案。在大
霹靂後2.5億年左右,星系已經在持續形成的階段,同時,第一批誕生的大質量恆星也已開始發光,在這些恆星內核裡,製造著大量氧原子(及其他素),當這些恆星爆炸時,氧,被向外吹入太空中。
不過,超新星爆發,也同時將大部分恆星賴以形成的氣體,從星系裡吹了出去。結果,新星的形成,停了下來。但過幾億年後,這些氣體又開始掉回到星系裡,並且讓一批新恆星形成,就是這些較晚期恆星的能量,讓氧原子發光!

當我們銀河系剛形成的前幾億年,類似的事情,可能也曾在銀河系裡發生過,慢慢地,隨著越來越多的恆星在超新星爆發中走完生命週期,氧原子的數量便持續增加。最終,其中的一些氧原子,會和後來形成太陽系的氣體塵埃雲,整合在一起……
下次深呼吸時,想像一下,原來我們吸進來的氧,是恆星製造的!

發現了什麼?

偵測到發光的氧原子的地方,是個遙遠暗淡的星系,編號MACS1149-JD1。氧原子的原子核外面,通常有6個電子。但因受到鄰近恆星能量的影響,這邊多數的氧原子,失去了兩個電子,這讓它們會在紅外波段發光。這些紅外光將旅行132.8億光年,然後抵達地球,因為宇宙膨脹,會讓這些紅外光的波長也跟著被拉長一些,而比紅外光更長一點點的就是──毫米波!剛好讓ALMA觀測到。

誰發現的?

大阪産業大學的井上昭雄教授在2016年和其他人一起研究過遙遠宇宙的氧原子。法國圖盧茲大學Nicolas Laporte教授主持的團隊也做過類似的觀測。2017年時,這兩支團隊決定要一起合作,聯合組成了一個新的、更大的團隊,並且由井上教授的同事,橋本拓也博士來主持。ALMA 望遠鏡在MACS 1149-JD1星系裡偵測到氧的結果,發表在《自然》週刊。


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