韋伯望遠(yuǎn)鏡繪制出史上最精細(xì)宇宙網(wǎng)絡(luò)地圖 揭示近140億年宇宙演化歷程

天文學(xué)家利用詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡繪制出迄今為止最詳細(xì)的宇宙網(wǎng)絡(luò)地圖，這一巨大結(jié)構(gòu)連接著宇宙中的所有星系。由美國加州大學(xué)河濱分校領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊將這一龐大網(wǎng)絡(luò)追溯到宇宙誕生僅約10億年時的早期狀態(tài)。

宇宙網(wǎng)絡(luò)是宇宙的巨型骨架框架，由暗物質(zhì)和氣體構(gòu)成的巨大纖維狀結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)組成，這些結(jié)構(gòu)環(huán)繞著被稱為"空洞"的巨大近空區(qū)域。這些結(jié)構(gòu)共同形成了宇宙的大尺度架構(gòu)，在廣袤的距離上連接起各個星系和星系團(tuán)。該研究成果已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上，研究依托于韋伯望遠(yuǎn)鏡有史以來最大規(guī)模的巡天觀測項目COSMOS-Web。科學(xué)家利用該巡天數(shù)據(jù)研究了星系如何在這一相互連接的網(wǎng)絡(luò)中形成和演化，時間跨度覆蓋了137億年的宇宙歷史。

自2021年發(fā)射升空以來，韋伯望遠(yuǎn)鏡憑借其卓越的靈敏度和圖像清晰度徹底改變了天文學(xué)研究。其紅外儀器能夠探測到早期望遠(yuǎn)鏡無法觀測到的微弱遙遠(yuǎn)星系，使科學(xué)家能夠追溯到更早的宇宙時期，并能穿透宇宙塵埃云進(jìn)行觀測。為充分利用這些能力，一個國際團(tuán)隊開發(fā)了COSMOS-Web項目，這是韋伯望遠(yuǎn)鏡選定的最大規(guī)模通用觀測者計劃。該巡天覆蓋的連續(xù)天區(qū)范圍大約相當(dāng)于三個滿月的大小，專門設(shè)計用于繪制宇宙網(wǎng)絡(luò)地圖。

論文第一作者、加州大學(xué)河濱分校和卡內(nèi)基天文臺的研究生侯賽因·哈塔姆尼亞表示:"韋伯望遠(yuǎn)鏡徹底改變了我們對宇宙的認(rèn)識，而COSMOS-Web從一開始就被設(shè)計成能夠提供我們所需的廣闊而深邃的視野來觀測宇宙網(wǎng)絡(luò)。我們首次能夠研究星系在星系團(tuán)和纖維狀結(jié)構(gòu)中跨越宇宙時間的演化過程，從宇宙誕生10億年時一直延續(xù)到近鄰宇宙。"所謂近鄰宇宙是指距離地球約10億光年范圍內(nèi)的區(qū)域，而1光年約等于5.88萬億英里，用于衡量光在一年中傳播的距離。

加州大學(xué)河濱分校物理與天文學(xué)杰出教授、哈塔姆尼亞的導(dǎo)師巴赫拉姆·莫巴瑟爾表示，韋伯望遠(yuǎn)鏡的新數(shù)據(jù)提供了比此前哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測更加精細(xì)的大尺度宇宙結(jié)構(gòu)視圖。對比兩組數(shù)據(jù)集可以發(fā)現(xiàn)，許多曾經(jīng)模糊地混在一起的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在能夠被清晰地分離并以更精細(xì)的細(xì)節(jié)進(jìn)行研究。莫巴瑟爾說:"深度和分辨率的提升確實意義重大，我們現(xiàn)在能夠看到宇宙誕生僅數(shù)億年時的宇宙網(wǎng)絡(luò)，這個時代在韋伯望遠(yuǎn)鏡之前基本上是無法觸及的。過去看起來像單一結(jié)構(gòu)的東西現(xiàn)在解析成了許多結(jié)構(gòu)，之前被平滑化的細(xì)節(jié)現(xiàn)在清晰可見。"

哈塔姆尼亞解釋說，這一改進(jìn)源于韋伯望遠(yuǎn)鏡兩項關(guān)鍵優(yōu)勢的結(jié)合。他表示:"這臺望遠(yuǎn)鏡在同一片天區(qū)中探測到了更多微弱星系，而且這些星系的距離測量也精確得多。因此每個星系都能被放置到正確的宇宙時間切片中，從而提高了地圖的分辨率。"

延續(xù)COSMOS項目開放科學(xué)的傳統(tǒng)，研究團(tuán)隊正在公開發(fā)布大尺度結(jié)構(gòu)地圖。莫巴瑟爾表示:"用于構(gòu)建地圖的數(shù)據(jù)處理流程、包含164000個星系及其宇宙密度的星表，以及展示宇宙網(wǎng)絡(luò)跨越數(shù)十億年演化的視頻，都已向公眾開放。"該研究還得到了來自美國、丹麥、智利、法國、芬蘭、瑞士、日本、中國、德國和意大利科學(xué)家的共同參與，并獲得了歐盟地平線2020研究與創(chuàng)新計劃提供的資助支持。