由剑桥大学（University of Cambridge）领导的一个国际天文学家小组利用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），观测了宇宙大爆炸后仅3.5亿年的年轻星系，发现其中含有数量惊人的碳元素，而碳元素正是我们所知的生命种子之一，这也是宇宙中除氢元素外最早探测到的元素。
在天文学中，比氢或氦重的元素被归类为金属。早期宇宙几乎完全由氢元素组成，氢是最简单的元素，还有少量的氦和极少量的锂。
构成我们今天观测到的宇宙的其他元素都是在恒星内部形成的。当恒星以超新星的形式爆炸时，它们产生的元素会在整个星系中循环，为下一代恒星播种。随着每一代恒星和“星尘” 的诞生，更多的金属也随之形成，数十亿年后，宇宙进化到可以支持像地球这样的岩石行星和像我们这样的生命的地步。
追溯金属起源和演化的能力将帮助理解，我们是如何从一个几乎完全由两种化学元素组成的宇宙，发展到今天所看到的令人难以置信的复杂性。
该研究的第一作者——剑桥大学卡弗利宇宙学研究所（Kavli Institute for Cosmology at Cambridge）的Francesco D’Eugenio博士认为，最初的恒星是化学进化的圣杯。由于它们仅由原始元素构成，因此它们的行为与现代恒星截然不同。通过研究恒星内部第一批金属是如何以及何时形成的，可以为生命形成道路上最早的步骤设定一个时间框架。
碳是宇宙演化过程中的基本要素，它可以形成尘粒，这些尘粒聚集在一起，最终形成第一颗类地行星和最早的行星，碳也是地球上生命形成的关键。早先的研究表明，碳开始大量形成的时间相对较晚——大约在宇宙大爆炸后10亿年，但通过研究发现，碳的形成可能要早得多，它甚至可能是最古老的金属。
研究小组利用JWST观测了一个非常遥远的星系（迄今为止观测到的最遥远的星系之一），它距大爆炸仅3.5亿年，即130多亿年前。这个星系结构紧凑，质量较小，比银河系小大约 10万倍。当观测到它时，它还只是一个星系的胚胎，但它可能会演化的相当大，大约有银河系那么大。
研究人员使用JWST的近红外摄谱仪（NIRSpec）将来自年轻星系的光线分解成各种颜色的光谱。不同的元素在星系的光谱中留下了不同的化学指纹，这使得研究小组能够确定星系的化学成分。对这一光谱的分析表明，确定探测到了碳元素，并初步探测到了氧元素和氖元素。
研究人员很惊讶能在宇宙中如此早就看到碳元素，因为人们认为最早的恒星产生的氧要比碳多得多，原以为碳是在更晚的时候才出现，通过完全不同的过程富集起来的。研究观测的结论得出，碳元素出现得很早，而最早的恒星可能是以非常不同的方式运行的。
根据一些模型，当最早的恒星作为超新星爆炸时，它们释放的能量可能比最初预期的要少。在这种情况下，处于恒星外壳中、引力约束小于氧气的碳可能更容易逃逸并扩散到整个星系，而大量的氧气则回落并坍缩到黑洞中。
这些观测结果显示，碳可以在早期宇宙中迅速富集。因为碳是我们所知的生命的基本要素，所以也许生命出现的时间也要早很多。该研究成果已发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）杂志上，其依据是在JWST高级深河外星系巡天（JADES）中获得的数据。