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宇宙浩瀚无穷 ， 它在138.2亿年前诞生 ， 在大爆炸中碰撞出元素的火花 ， 在漫长的时光中沉淀出星空的璀璨 。
宇宙中的星球有尺寸之分 ， 星系有年龄之别 ， 而其中的元素也有轻重之差 。 科学研究表明 ， 宇宙诞生之初 ， 只存在氢、氦、锂等轻元素 ， 如今的宇宙中却普遍存在着碳、氮、氧等重元素 。 这些重元素是从哪里来的？
近日 ， 清华大学天文系教授蔡峥课题组通过观测发现 ， 早期宇宙星际间重元素的起源 ， 与大质量星系有着密不可分的关系 。 该研究成果已于近日发表在国际学术期刊《自然·天文》 ， 为宇宙星际空间重元素起源之谜提供了新的见解 。
宇宙中的绝大部分物质并不集中在星系里 ， 而在星系之间 。 这部分弥散在星系间广袤空间里的物质 ， 被称为星系际介质 。 天文学家利用类星体光谱发现 ， 在大爆炸仅9亿年后 ， 星系际介质中就已经存在重元素了 。
对这一现象 ， 蔡峥给出了一个生动的比喻：“这就好比我们在一望无际的太平洋里航行时 ， 突然发现水中有大量的水银一样 。 我们一定会觉得很奇怪 ， 这些汞是哪里来的 ， 是不是附近有船泄露了汞？”
为什么会莫名其妙地出现了重元素 ， 它们又是如何进入星系际介质的？蔡峥表示 ， 这些至今仍是观测宇宙学的关键问题 。
2021年4月 ， 国际学术期刊《科学》联合上海交通大学发布了增刊《125个科学问题——探索与发现》 ， “宇宙中重元素的起源问题”就位列其中 。
一种假说认为 ， 早期星系际介质中的重元素 ， 主要是被小质量星系的恒星星风 ， 或活动星系核反馈抛射到宇宙中的；微小星系的活动 ， 似乎也是星系际介质重元素起源的原因 。 为了证明这一猜想 ， 天文学家进行了大量的光学观测 。
然而 ， 小质量星系亮度低 ， 观测受星际尘埃影响大 ， 大多数光学波段的搜寻和探索都无功而返 。
蔡峥团队利用ALMA阵列（阿塔卡玛大型毫米波天线阵列）射电望远镜开展了全波段探测 。
他告诉中青报·中青网采访人员：“ALMA阵列位于智利北部的高原地区 ， 当地气候干燥 ， 是一个100多年都没有下过一滴雨的地方 。 再加上海拔5000米 ， 空气稀薄 ， 这里的天空特别干净 ， 能够把地球大气对观测的影响降到最小 。 这样 ， 我们就能够看到更远的地方 。 ”
团队发现 ， 宇宙红移6.04处的类星体J2054-0005所发射的光束 ， 在途经距离地球125亿光年外的某区域时 ， 出现了比较明显的氧吸收现象 。
蔡峥说 ， “如果现有的理论是正确的——重元素是由微小星系活动产生的 ， 我们就不应该看到氧吸收体周围的星系 。 因为小质量星系亮度很低 ， 距离如此遥远 ， 可能怎么曝光都无法探测到 。 这就好比在北京点一支蜡烛 ， 却在天津拿望远镜观察一样 ， 我们是很难观察到微小星系的信息的 。 ”
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