JWST最新发现：在110亿光年外探测到已知最大的宇宙水蒸气云团
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）再次带来震撼发现——国际天文学家团队利用JWST的中红外探测能力，在距离地球约110亿光年的一个活跃星系形成区中，探测到了迄今已知宇宙中最大的水蒸气云团。该发现发表于2026年7月的Astrophysical Journal Letters，为理解早期宇宙中水分子如何形成和分布提供了关键数据。
一、发现过程
研究团队利用JWST的中红外仪器（MIRI）对一个编号为SPT-S J034640-5223.5的遥远星系进行了深度光谱观测。该星系位于一个正在剧烈形成恒星的星暴星系中，红移z=3.5，对应的距离约为110亿光年，也就是说我们看到的这幅景象来自宇宙仅有约35亿年历史的时候。
在MIRI的视场内，天文学家发现了一个跨越约1200光年（约370秒差距）的巨大分子气体云团。通过分析其在中红外波段6-28微米范围内的发射线特征，研究团队识别出了丰富的水分子转动-振动跃迁谱线，并据此估算该云团中的水蒸气总质量高达惊人的2000万亿吨（约1.2×10¹⁵千克），相当于地球海洋总水量的数万倍。
二、水的宇宙分布
长期以来，天文学家一直认为水在宇宙中较为稀少。然而，近年来阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）和赫歇尔空间天文台的观测发现，水分子实际上在星际介质中广泛存在，尤其在恒星形成区中，水是含量最丰富的分子之一。
此次JWST的发现进一步确认了这一点。研究团队指出，这个巨大的水蒸气云团位于星暴星系的中心区域，与一个强烈活动的恒星形成爆发区直接关联。大量新生恒星的强烈紫外辐射加热了周围的分子气体，使原本以冰形式附着在尘埃颗粒上的水分子被蒸发到气相中，形成了这个巨大的水蒸气云。
三、科学意义
这一发现对我们理解宇宙中水的分布和演化具有多重重要意义：
第一，它证明了在宇宙早期（距今约110亿年前），水就已经大量存在于星系中的恒星形成区。这支持了”水是宇宙中常见的分子”这一观点，也意味着行星系统中水的初始来源可能比预想的更为丰富。
第二，JWST强大的中红外光谱能力被充分验证。此前ALMA等射电天文台也能探测水分子，但主要探测的是水蒸气在亚毫米波段的发射线，且空间分辨率有限。JWST在中红外波段的高空间分辨率和光谱灵敏度，使得天文学家能够精确测绘水蒸气的空间分布。
第三，该云团中氘氢比（D/H ratio）的测量结果显示其数值与银河系中的水分子相似，这暗示早期宇宙中水的化学形成机制可能与现在没有本质区别。
三、未来展望
研究团队计划后续利用JWST的更宽波段光谱对更多高红移星系进行系统调查，以统计宇宙中各个时期的水含量分布图。这将为回答”生命起源所需的有机分子和水在宇宙中是如何形成的”这一根本问题提供更全面的数据。
与此同时，ALMA、VLA等射电望远镜阵列也将对SPT-S J034640-5223.5进行更细致的后续观测，从不同波段揭示这个巨型水云团的物理化学性质。
正如研究首席作者、德国马克斯·普朗克研究所的Dr. Anna Richter所说：”水是生命的基石之一。当我们发现110亿年前的宇宙中已经有了如此丰富的水时，一个令人兴奋的推断是：生命诞生的原材料在宇宙中可能比我们想象的更为普遍。”
原文来源：Astrophysical Journal Letters, 2026, “JWST MIRI detection of a giant water vapor reservoir in a starburst galaxy at z=3.5”
原文链接：https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205
转载自：Astrophysical Journal Letters · 科学小舟新科学编译
