迄今最大规模的宇宙地图揭示出早期星系数量超出预期十倍

"我们的目标是构建一个物理尺度远超以往任何成就的深空视场，"加州大学圣巴巴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的杰汉·卡尔塔尔特佩共同领导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（哈勃超深空指的是NASA于2004年发布的包含近一万个星系的标志性图像），"我们的图像在同一深度下会略大于一幅13英尺×13英尺（约4米×4米）的壁画。它的规模确实令人惊叹。"

COSMOS-Web合成图像追溯至约135亿年前；根据NASA数据，宇宙年龄约为138亿年，误差不超过1亿年。这涵盖了约98%的宇宙历史。研究人员的目标不仅是观测宇宙诞生初期那些最引人注目的星系，更要获取早期宇宙中宇宙环境的全景视图——即第一代恒星、星系及黑洞形成时期的宏观景象。

"宇宙由致密区域和虚空构成，"凯西阐释道，"我们不仅想发现最遥远的星系，更希望了解它们所处的宏观环境背景。"

"重大意外"

这个宇宙邻域展现的景象远超预期。凯西指出，在詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）启用前，天文学家基于其6.5米（21英尺）直径的主集光镜（约是哈勃2.4米镜面的6倍）对可见星系增量进行了最佳预测。哈勃的最佳观测数据表明，宇宙诞生前5亿年内的星系应极其罕见。

"这符合逻辑——大爆炸发生后，物质需要时间通过引力坍缩形成结构，恒星需要时间点亮。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在这些惊人距离上发现的星系数量达到预期的10倍左右。我们还观测到了哈勃根本无法探测到的超大质量黑洞。"她补充说，这些新发现不仅数量更多，还包含不同类型的星系和黑洞。

"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，却也引发了更多谜团。

"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？因为宇宙在过早时期就产生了过强的光亮；它仅用约4亿年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如何实现，"凯西表示，"因此尚有大量细节亟待解析，诸多疑问仍未解答。"

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万物演化至今过程的理解。该数据集还可能为暗物质等宇宙未解之谜提供线索，或揭示早期宇宙物理规律与当今认知的差异。

"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够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，但仅以原始形态发布，仅适用于具备专业技术知识及超算资源进行处理解读的人员。过去两年间，COSMOS合作团队不懈努力，将原始数据转化为广泛可用的图像与星表。通过创建并发布这些成果，研究者期待即使是天文学本科生也能深入挖掘数据并获得新发现。

"因为当众人以不同视角审视同一数据集时，才能催生最卓越的科研成果，"凯西指出，"破解宇宙奥秘绝非单一团队所能承担。"

对COSMOS合作团队而言，探索仍在继续。他们已重返深空视场进行更深入的测绘与研究。

"我们将开展更多数据收集工作，"她透露，"我们认为已识别出图像中最早的星系，但尚需验证。"为此团队将采用光谱分析法——将星系光线分解为棱镜光谱——以确认这些天体的距离（距离越远等于年代越古老）。"作为附带成果，"凯西补充道，"我们将通过追踪氮、碳、氧元素来理解这些系统的星际化学构成。尚有大量未知领域，我们才刚刚触及表面。"

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》与《天文与天体物理学》期刊。