韋伯望遠鏡揭秘120億年前的宇宙藤蔓：解構宇宙中最龐大結構的起源之謎

天文學家使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡數據 發現了一個來自早期宇宙的 至少包含20個密集排列的星系的巨大鏈條 它可能揭示了宇宙中最龐大結構形成的奧祕 這個超級結構 在11月8日發表在預印本數據庫R14的一項研究中 被暱稱爲宇宙藤蔓 以弓形在空間中飛馳 估計長度超過1300萬光年 寬度約爲65萬光年 作爲比較 我們的銀河系大約有10萬光年寬 天文學家在研究JWST 對一個叫做擴展格羅斯帶的區域的觀測時 發現了這個巨大的氣體和星系的卷鬚 它位於大熊座和木夫座之間 宇宙藤蔓的形狀類似於一根彎曲的藤蔓 其中包含了至少20個大小不一的星系 其中兩個最大的星系位於藤蔓的兩端 這些星系之間通過氣體和暗物質的橋樑相連 形成了一個連續的結構 宇宙藤蔓的長度和寬度 分別爲1300萬光年和65萬光年 相當於130個和6.5個銀河系的大小 宇宙藤蔓的質量約爲2600億太陽質量 其中約有一半是暗物質 一半是普通物質 宇宙藤蔓的平均密度是周圍空間的約100倍 這意味着它是一個高度緻密的區域 引力作用非常強烈 該團隊特別尋找來自非常早期星系的光 關注一種叫做紅移的性質 它是一種衡量光在穿越膨脹的宇宙的巨大距離時 波長增加的程度 宇宙藤蔓中觀測到的所有星系 都顯示出大約3.44的紅移 這意味着這些物體發出的光 在到達JWST的鏡頭之前 已經穿越了110億到120億年 或者說我們138億年壽命的宇宙的大部分時間 宇宙藤蔓明顯大於在宇宙歷史的早期觀測到的其他星系群 該團隊寫道 將它加入了JWST發現的早期宇宙中 驚人的巨大的結構的不斷增長的名單 根據研究人員的說法 藤蔓似乎正在成爲一個星系團 這些是由引力結合在一起的宇宙中最龐大的結構 其質量通常從地球太陽的數千億倍到數千萬億倍不等 宇宙藤蔓的形成和演化是一個複雜的過程 涉及到多種物理機制和因素 一般認爲宇宙中的結構是由暗物質的密度波動引起的 暗物質是一種不發光 也不與普通物質相互作用的神祕物質 它佔據了宇宙物質的大部分 暗物質的密度波動會產生引力場 吸引普通物質聚集在一起 形成星系和星系團 在宇宙的早期 這些結構還很小和稀疏 但隨着時間的推移 它們會不斷增長和合並 形成更大和更密集的結構 宇宙藤蔓就是這樣一個正在成長和合並的結構 它可能是由多個較小的星系群或星系絲組成的 星系絲是一種細長的星系分佈 類似於宇宙的蜘蛛網 宇宙藤蔓中的星系之間 通過氣體和暗物質的橋樑相連 這些橋樑可以促進 星系之間的物質和能量的交換 從而影響星系的形成和演化 目前 宇宙藤蔓的估計質量約爲2600億太陽質量 而且還在增長 但它的兩個最大的星系可能已經準備放棄 在研究這兩個星系發出的光的波長時 研究人員發現 星系中的恆星形成幾乎已經停止 將它們定爲靜止或熄滅的星系 作者們思考 是什麼扼殺了恆星形成在如此早的宇宙時期 他們指出 在古老的宇宙中發現這樣的大型星系 已經耗盡了大部分形成恆星的氣體 是不尋常的 一種可能性是 這兩個星系都是最近星系合併的結果 宇宙碰撞引發了瘋狂的恆星形成爆發 導致這兩個星系在JWST觀測之前 研究人員寫道 宇宙藤蔓中的星系有着不同的特徵和狀態 這反映了它們所處的環境和歷史的影響 宇宙藤蔓中的兩個最大的星系 位於藤蔓的兩端 它們的質量分別約爲1000億和800億太陽質量 相當於兩個銀河系的大小 這兩個星系都已經停止了恆星形成 被稱爲靜止或熄滅的星系 它們的光譜顯示出紅色和老化的恆星群 這意味着這兩個星系已經耗盡了大部分的氣體 無法再產生新的恆星 這可能是因爲這兩個星系都經歷了最近的星系合併 導致了短暫而劇烈的恆星形成爆發 消耗了大量的氣體 同時也可能觸發了超大質量黑洞的活動 黑洞的噴流和輻射會將剩餘的氣體吹走 從而扼殺了恆星形成 這兩個星系的合併可能是由於宇宙藤蔓的引力作用 將它們從周圍的星系群或星系絲上剝離 然後將它們拉向藤蔓的兩端 宇宙藤蔓中的其他星系則有着不同的情況 它們的質量都比較小 大約在10億到100億太陽質量之間 相當於幾個到幾十個小麥哲倫星雲的大小 這些星系都還在進行着恆星形成 被稱爲活躍或藍移的星系 它們的光譜顯示出藍色和年輕的恆星群 這意味着這些星系還有足夠的氣體 可以繼續產生新的恆星 這些星系的恆星形成率也受到宇宙藤蔓的影響 因爲宇宙藤蔓中的氣體和暗物質的橋樑 可以爲這些星系提供額外的氣體 從而增加恆星形成的原料 同時這些星系之間也可能發生相互作用和碰撞 導致氣體的激烈擾動 觸發恆星形成的爆發 這些星系的相互作用和碰撞 也可能最終導致它們的合併 形成更大和更明亮的星系 宇宙藤蔓的未來是什麼樣的呢 根據研究人員的估計 宇宙藤蔓有可能在未來的幾十億年內 成爲一個完全發展的星系團 這是宇宙中最龐大的結構 其質量可以達到數千萬億太陽質量 相當於數千個銀河系的大小 這個星系團可能會包含數百個星系 其中最大的可能是由宇宙藤蔓中的 兩個最大的星系合併而成的 這個星系可能會有一個超大質量黑洞的核心 其質量可以達到數十億太陽質量 相當於數千個地球的大小 這個星系團可能會有一個熾熱的氣體運 其溫度可以達到數百萬度 相當於數千個太陽的表面溫度 這個星系團可能會有一個強大的暗物質運 其半徑可以達到數百萬光年 相當於數千個銀河系的直徑 這個星系團可能會成爲宇宙中的一個重要的引力中心 吸引着周圍的其他星系和星系團 形成一個更大的超星系團 這是宇宙中最大的結構 其尺度可以達到數億光年 相當於數千萬個銀河系的距離