韦德体育注册网页版 詹姆斯韦伯太空望远镜看到了宇宙网的开端

“宇宙网”是宇宙的大尺度结构。如果你能观察我们的宇宙从大爆炸到今天，你就会看到这些细丝（以及它们之间的空隙）随着时间的推移而形成。现在，天文学家利用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）发现了10个星系，它们构成了这个结构的早期版本，仅在宇宙开始后8.3亿年。

这张来自韦伯 NIRCam（近红外相机）的深星系场显示了10个遥远星系的排列，这些星系由8个白色圆圈组成，呈线状对角线。（其中两个圆圈包含不止一个星系。）这根300万光年长的细丝由一个非常遥远且明亮的类星体锚定，该类星体的核心是一个活跃的超大质量黑洞。这颗名为 J0305-3150 的类星体出现在图像右侧三个圆形星团的中间。它的亮度超过了宿主星系。这10个被标记的星系在大爆炸后仅8.3亿年就存在了。该团队相信，宇宙网的早期细丝最终将进化成一个巨大的星系团。

“宇宙网”开始于宇宙早期的密度波动。在宇宙大爆炸的几亿年后，物质（以原始气体的形式）在早期网络的气体片和细丝的交叉处凝结成结。这些结和细丝孕育了第一批恒星和星系。当天文学家回顾过去时，他们会寻找宇宙网的早期版本，这是很自然的。JWST使他们能够回顾宇宙大爆炸后不久存在的非常微弱的物体。

研究小组发现的10个星系排成一条细长的、300万光年长的线，由一颗明亮的类星体锚定。它的大小和在宇宙历史上的地位都让研究小组感到惊讶。这个项目的首席研究员、图森亚利桑那大学的王菲格（音译）表示：“这是人们发现的与遥远类星体有关的最早的丝状结构之一。”

渴望了解早期宇宙和宇宙网

JWST的观测是名为“ASPIRE”的观测计划的一部分，“ASPIRE”是对再电离时代有偏差的晕的光谱调查。它使用了25个类星体的图像和光谱，这些类星体是在“黑暗时代”之后宇宙开始发光时存在的。这个想法是为了研究最早星系的形成，以及第一个黑洞的诞生。此外，研究小组还希望了解早期宇宙是如何被更重的元素（金属）富集的，以及这一切在再电离时期是如何发生的。

这是概念插图，展示了早期宇宙的时间线，显示了一些关键的时间段。左边是宇宙的早期，那里的高温阻止了很多事情的发生。之后是宇宙稍微冷却后CMB的释放。在那之后，黄色是中性宇宙，恒星形成之前的时间。中性宇宙中的氢原子应该发出无线电波，我们可以在地球上探测到。

“ASPIRE”的目标是理解宇宙起源和演化的重要组成部分。加州大学圣巴巴拉分校的团队成员约瑟夫·亨纳维（Joseph Hennawi）解释说：“过去20年的宇宙学研究，让我们对宇宙网的形成和演变有了深入的了解。ASPIRE旨在了解如何将最早的大质量黑洞的出现，与我们目前的宇宙结构形成故事结合起来。”

关注早期黑洞

类星体跨越时间和空间向我们招手。它们由超大质量黑洞提供动力，这些黑洞会产生大量的光和其他排放物，以及强大的喷流。天文学家使用它们作为距离测量的标准蜡光，以及研究其光线经过的广阔空间区域的一种方法。

“ASPIRE”研究中至少有8个类星体有黑洞，这些黑洞是在宇宙大爆炸后不到10亿年形成的。这些黑洞的质量是太阳质量的6亿到20亿倍。这确实是一个巨大的数字，这也引发了许多关于它们快速增长的问题。要在如此短的时间内形成这些超大质量黑洞，必须满足两个标准。首先，你需要从一个巨大的“种子”黑洞开始生长。其次，即使这颗种子的质量相当于1000个太阳，它仍然需要在整个生命周期内以最大可能的速度吸积100万倍以上的物质。

这些黑洞要像现在这样成长，需要大量的燃料。它们的星系也相当大，这可以解释它们中心的巨型黑洞。这些黑洞不仅吸进了大量物质，而且它们的流出物也影响了恒星的形成。来自黑洞的强风可以抑制宿主星系中恒星的形成。这样的风已经在附近的宇宙中被观察到，但从未在再电离时代被直接观察到。风的规模与类星体的结构有关。在韦伯的观测中，天文学家看到早期宇宙中存在这样的风。

为什么是大纪元？

我们经常听说天文学家想要回顾“再电离时代”。为什么它是一个如此诱人的目标呢？它让我们看到了第一批恒星和星系形成的时间。大爆炸之后，婴儿期的宇宙处于热而致密的状态。有时我们听到它被称为宇宙的“原始汤”。然后，宇宙开始膨胀，万物开始冷却。这使得电子和质子结合在一起，形成了第一个中性的气体原子。它还允许大爆炸产生的热能传播。天文学家探测到了这种辐射。它被红移到了电磁波谱的微波部分。天文学家称之为“宇宙微波背景”辐射（CMB）。

这是宇宙在经历最后一个重大变革时代：再电离时代时的景象。

早期宇宙的这一面，在膨胀的物质中有微小的密度波动。这种物质是中性氢。那时还没有恒星或星系。但是，最终，这些高密度区域在重力作用下开始聚集在一起，中性物质也开始聚集。这导致了高密度区域的进一步坍塌，最终导致了第一批恒星的诞生。它们加热了周围的材料，这些材料在中性区域打了一个洞 —— 这使得光能够传播。从本质上讲，中性气体中的这些洞（或气泡）允许电离辐射在太空中传播得更远。这是“再电离时代”的开始。大爆炸后10亿年，宇宙完全电离。

那么，如何解释早期的超大质量黑洞呢？

有趣的是，JWST发现的那些早期星系，以及它们的类星体，已经完全就位了，它们的核心有超大质量黑洞。关键问题依然存在：它们是如何在如此短的时间内变得如此庞大的？它们的存在可能会告诉天文学家一些关于婴儿期宇宙“过度密度”的信息。首先，黑洞“种子”需要一个充满星系的密度过大的区域才能形成。

然而，到目前为止，在JWST发现之前的观测表明，在最早的超大质量黑洞周围，只有少数星系密度过大。天文学家需要在这个时期做更多的观察来解释为什么会这样。“ASPIRE”计划应该会有助于解决宇宙早期星系形成和黑洞形成之间的反馈问题。在此过程中，他们还将看到更多宇宙网大规模结构的碎片。

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