有史以来最大的宇宙图谱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太空深场图像，"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的杰汉·卡塔尔特佩共同领导宇宙演化早期释放科学调查（COSMOS-Web）合作项目。"如果把哈勃超深场图像打印在标准纸张上，"她解释道——此处指的是美国宇航局2004年发布的包含近万个星系的标志性图像——"我们的图像将略大于一幅13英尺×13英尺（约4米×4米）的壁画尺寸，且探测深度相同。这个尺度着实令人震惊。"

COSMOS-Web合成图像追溯至约135亿年前；根据美国宇航局数据，宇宙年龄约为138亿年，误差约一亿年。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的特殊星系，更要获取早期宇宙中恒星、星系及黑洞形成时期的广域宇宙环境全景。

"宇宙由致密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"

这个宇宙邻域展现出超乎想象的景象。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（比哈勃2.4米/7英尺10英寸直径镜片大约六倍）的性能，对望远镜能观测到的额外星系数量进行了最佳预测。哈勃的精确测量表明，宇宙诞生前五亿年内的星系应极其罕见。

"这合乎逻辑——大爆炸发生后，物质需要时间通过引力坍缩形成结构，恒星需要时间启动核聚变。这个过程存在特定时间尺度，"凯西解释，"而重大意外在于：JWST在这些惊人距离上发现的星系数量比预期多出约十倍。我们还探测到哈勃根本无法观测到的超大质量黑洞。"她补充道，这些新发现的星系和黑洞在类型上也呈现多样性。

"诸多未解之谜"

尽管COSMOS-Web图像及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？'因为宇宙在极早期就产生了过量的光；当时仅用约4亿年就形成了约十亿倍太阳质量的恒星。我们完全无法解释这种现象如何实现，"凯西表示，"因此需要剖析大量细节，诸多问题仍有待解答。"

通过向公众发布数据，研究团队期待全球天文学家能借此深化对早期宇宙天体分布及演化历程的理解。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，使尖端望远镜获取的工具与数据能被更广泛群体使用，"凯西强调。数据采集后几乎立即公开，但仅以原始形式发布，仅限具备专业技术知识和超级计算机资源的研究人员处理解读。过去两年间，COSMOS合作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。

"因为当所有人从不同角度审视同一数据集时，才能催生最卓越的科学成果，"凯西说，"宇宙奥秘不应由单一群体独占破解。"

对COSMOS合作团队而言，探索仍在延续。他们已重返深空区域开展进一步测绘研究。

"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（距离越远代表年代越古老）。"作为副产品，"凯西补充道，"通过追踪氮、碳、氧元素，我们将解析这些星系系统的星际化学组成。尚有大量知识待发掘，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《天体物理学报》与《天文学与天体物理学》期刊。