有史以来最大的宇宙地图揭示早期星系数量超出预期十倍

"我们的目标是构建一个在物理尺度上远超以往任何成果的深空视场，"加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授凯特琳·凯西表示。她与罗切斯特理工学院杰汉·卡塔尔特佩共同领导COSMOS-Web合作项目。"如果将哈勃超深空视场打印在标准纸张上，"她解释道——这里指的是美国宇航局2004年发布的包含近万个星系的标志性图像——"我们的图像在同等深度下将略大于13英尺×13英尺（约4米×4米）的巨幅壁画。因此其规模确实令人震撼。"

COSMOS-Web合成图像可追溯至约135亿年前；根据美国宇航局数据，宇宙年龄约为138亿年（误差不超过1亿年），这意味着该图像覆盖了约98%的宇宙时间。研究人员的目标不仅是观测宇宙初期某些最有趣的星系，更要获取早期宇宙环境中恒星、星系及黑洞形成时的全景图像。

"宇宙由密集区域与虚空区域构成，"凯西阐释道，"我们不仅想发现最遥远的星系，更希望揭示它们所处的宏观宇宙环境。"

重大意外发现

观测结果揭示了惊人的宇宙图景。凯西指出，在詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）启用前，天文学家根据其6.5米（21英尺）直径集光主镜（约为哈勃2.4米/7英尺10英寸镜的六倍）做出了最佳预测。哈勃望远镜的最精确测量表明，宇宙最初5亿年内存在的星系应极为罕见。

"这符合理论预期——大爆炸发生后，物质需要时间通过引力坍缩形成结构，恒星需要时间点燃。这个过程存在相应的时间尺度，"凯西解释道，"而重大意外在于：JWST在这些极远距离观测到的星系数量比预期多出约10倍。我们还发现了哈勃根本观测不到的超大质量黑洞。"她补充说，这些新发现的星系和黑洞在类型上也具有多样性。

诸多未解之谜

尽管COSMOS-Web图像与星表解答了天文学家关于早期宇宙的诸多疑问，但也引发了更多新问题。

"自望远镜启用以来，我们始终在思考：'这些JWST数据集是否颠覆了宇宙学模型？'因为宇宙过早产生了过量光子——仅用约4亿年时间就形成了相当于十亿倍太阳质量的恒星。我们完全无法解释这种机制，"凯西表示，"因此存在大量待解析的细节和未解之谜。"

通过向公众发布数据，项目组希望全球天文学家能借此深化对早期宇宙天体分布及演化过程的理解。该数据集还可能为暗物质等宇宙未解之谜提供线索，并揭示早期宇宙物理规律与当代认知的差异。

"本项目的重要目标是推动科学民主化，使更广泛的研究群体能获取顶级望远镜的工具与数据，"凯西强调。数据采集后几乎立即公开，但仅以原始形式发布，仅适用于具备专业技术知识和超级计算机处理能力的专家。过去两年间，COSMOS团队全力将原始数据转化为可广泛使用的图像与星表。通过创建并发布这些成果，研究者希望即使天文学本科生也能深入挖掘数据并获得新发现。

"最优质的科研成果源于不同视角对同一数据集的多元解读，"凯西说，"宇宙奥秘不应由单一团队独力破解。"

对COSMOS团队而言，探索仍在继续。他们已重返深空视场开展进一步测绘与研究。

"我们将进行更多数据采集，"她透露，"虽然认为已识别图像中最古老的星系，但仍需验证。"为此团队将采用光谱学技术——将星系光线分解为棱镜光谱以确认目标距离（距离越远则年代越古老）。"作为副产品，"凯西补充道，"我们将通过追踪氮、碳、氧元素来解析这些星系系统的星际化学组成。尚有大量未知领域等待探索，我们仅仅触及了表面。"

COSMOS-Web图像支持交互式浏览；相关科学论文已提交至《天体物理学杂志和天文学与天体物理学》。