天文学家借助詹姆斯·韦伯空间望远镜,成功绘制出了目前最详细的一张宇宙网络地图。这张巨大的网状结构把宇宙中所有星系连在一起。由美国加州大学河滨分校领衔的研究团队,把这张庞大的网络追溯到了宇宙刚诞生大约10亿年时的早期状态。



所谓的宇宙网络,其实就是宇宙的一个巨型骨架,由暗物质和气体组成,呈现出巨大的纤维状和片状结构,它们环绕着被称为“空洞”的巨大近空区域。这些结构一起构成了宇宙的大尺度架构,把遥远距离外的星系和星系团串联起来。这项研究已经发表在《天体物理学杂志》上,依据的是韦伯望远镜有史以来最大规模的巡天项目COSMOS-Web。科学家利用这批巡天数据,研究了星系是如何在这个相互连接的网络中形成和演化的,时间跨度覆盖了整整137亿年的宇宙历史。

自2021年升空以来,韦伯望远镜靠着超高的灵敏度和图像清晰度,彻底改变了天文学的研究方式。它的红外仪器能探测到以前望远镜根本看不到的那些微弱又遥远的星系,让科学家可以追溯到更早的宇宙时期,还能穿透宇宙尘埃云进行观测。为了充分利用这些能力,一个国际团队开发了COSMOS-Web项目,这是韦伯望远镜获批的最大规模通用观测者计划之一。整个巡天覆盖的连续天区大约有三个满月那么大,专门为了绘制宇宙网络地图而设计。

论文的第一作者、加州大学河滨分校和卡内基天文台的研究生侯赛因·哈塔姆尼亚表示,韦伯望远镜彻底刷新了人类对宇宙的认知,而COSMOS-Web项目从一开始就是为了提供广阔又深邃的视野来观测宇宙网络。他们第一次能够研究星系在星系团和纤维状结构中、跨越整个宇宙时间的演化过程,从宇宙诞生10亿年一直看到近邻宇宙。所谓近邻宇宙,指的是距离地球大约10亿光年范围内的区域,而1光年差不多是5.88万亿英里,用来衡量光在一年里走的距离。

加州大学河滨分校物理与天文学杰出教授、也是哈塔姆尼亚的导师巴赫拉姆·莫巴瑟尔说,韦伯望远镜的新数据给出了比之前哈勃太空望远镜观测要精细得多的大尺度宇宙结构视图。对比两组数据能发现,很多以前模模糊糊混在一起的结构,现在都能被清晰分开,并且以更精细的细节来研究。莫巴瑟尔提到,深度和分辨率的提升意义非常大,他们已经可以看到宇宙诞生只有几亿年时的宇宙网络,那个时代在韦伯望远镜出现之前基本是无法触及的。过去看起来像单一结构的东西,现在被拆解成了很多结构,以前被平滑掉的细节现在也清清楚楚。

哈塔姆尼亚解释说,这种提升主要来自韦伯望远镜两个关键优势的结合。这台望远镜在同一片天区里探测到了更多很微弱的星系,而且对这些星系的距离测量也精准得多。这样一来,每个星系都能被放进正确的宇宙时间切片里,从而大大提高了地图的分辨率。

延续COSMOS项目开放科学的传统,研究团队正在把大尺度结构的地图公开发布。莫巴瑟尔表示,用来构建地图的数据处理流程、包含16万4千个星系及其宇宙密度的星表,还有展示宇宙网络跨越数十亿年演化的视频,都已经对公众开放。这项研究还得到了美国、丹麦、智利、法国、芬兰、瑞士、日本、中国、德国和意大利等多国科学家的共同参与,并获得了欧盟地平线2020研究与创新计划的资助。