由劍橋大學（University of Cambridge）上司的一個國際天文學家小組利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST），觀測了宇宙大爆炸後僅3.5億年的年輕星系，發現其中含有數量驚人的碳元素，而碳元素正是我們所知的生命種子之一，這也是宇宙中除氫元素外最早探測到的元素。
在天文學中，比氫或氦重的元素被歸類為金屬。早期宇宙幾乎完全由氫元素組成，氫是最簡單的元素，還有少量的氦和極少量的锂。
構成我們今天觀測到的宇宙的其他元素都是在恒星内部形成的。當恒星以超新星的形式爆炸時，它們産生的元素會在整個星系中循環，為下一代恒星播種。随着每一代恒星和“星塵” 的誕生，更多的金屬也随之形成，數十億年後，宇宙進化到可以支援像地球這樣的岩石行星和像我們這樣的生命的地步。
追溯金屬起源和演化的能力将幫助了解，我們是如何從一個幾乎完全由兩種化學元素組成的宇宙，發展到今天所看到的令人難以置信的複雜性。
該研究的第一作者——劍橋大學卡弗利宇宙學研究所（Kavli Institute for Cosmology at Cambridge）的Francesco D’Eugenio博士認為，最初的恒星是化學進化的聖杯。由于它們僅由原始元素構成，是以它們的行為與現代恒星截然不同。通過研究恒星内部第一批金屬是如何以及何時形成的，可以為生命形成道路上最早的步驟設定一個時間架構。
碳是宇宙演化過程中的基本要素，它可以形成塵粒，這些塵粒聚集在一起，最終形成第一顆類地行星和最早的行星，碳也是地球上生命形成的關鍵。早先的研究表明，碳開始大量形成的時間相對較晚——大約在宇宙大爆炸後10億年，但通過研究發現，碳的形成可能要早得多，它甚至可能是最古老的金屬。
研究小組利用JWST觀測了一個非常遙遠的星系（迄今為止觀測到的最遙遠的星系之一），它距大爆炸僅3.5億年，即130多億年前。這個星系結構緊湊，品質較小，比銀河系小大約 10萬倍。當觀測到它時，它還隻是一個星系的胚胎，但它可能會演化的相當大，大約有銀河系那麼大。
研究人員使用JWST的近紅外攝譜儀（NIRSpec）将來自年輕星系的光線分解成各種顔色的光譜。不同的元素在星系的光譜中留下了不同的化學指紋，這使得研究小組能夠确定星系的化學成分。對這一光譜的分析表明，确定探測到了碳元素，并初步探測到了氧元素和氖元素。
研究人員很驚訝能在宇宙中如此早就看到碳元素，因為人們認為最早的恒星産生的氧要比碳多得多，原以為碳是在更晚的時候才出現，通過完全不同的過程富集起來的。研究觀測的結論得出，碳元素出現得很早，而最早的恒星可能是以非常不同的方式運作的。
根據一些模型，當最早的恒星作為超新星爆炸時，它們釋放的能量可能比最初預期的要少。在這種情況下，處于恒星外殼中、引力限制小于氧氣的碳可能更容易逃逸并擴散到整個星系，而大量的氧氣則回落并坍縮到黑洞中。
這些觀測結果顯示，碳可以在早期宇宙中迅速富集。因為碳是我們所知的生命的基本要素，是以也許生命出現的時間也要早很多。該研究成果已發表在《天文學與天體實體學》（Astronomy & Astrophysics）雜志上，其依據是在JWST進階深河外星系巡天（JADES）中獲得的資料。