🌌 宇宙深处的暗物质巨兽：比银河系大5000倍！
——天文学家回溯117亿年前，捕获迄今最遥远的原超级星系团
天文学家回溯时间，发现了一个比我们的银河系大5000倍的庞然大物。而且它里面充满了暗物质。
天文学家发现了一个比我们的银河系大5000倍的巨大原超级星系团。
展示名为COSMOSz3.1A的星系原超星系团的图像。图片来源：T. A. 雷克托（阿拉斯加大学安克雷奇分校美国国家科学基金会NOIRLab）、M. 扎马尼和D. 德马丁（美国国家科学基金会NOIRLab）
天文学家将目光投向早期宇宙，回溯到宇宙大爆炸之后不久的时期，发现了一个正在形成的巨大宇宙结构。
位于宇宙年龄仅为21亿年时天文学家观测到的区域，新发现的天体COSMOSz3.1A是迄今探测到的最早、最遥远的原初超星系团。
研究团队称它为一个巨大星系团群的祖先，其质量约为我们银河系的5000倍。
此外，这一古老的宇宙巨兽让天体科学家得以独特视角了解宇宙中最大结构是如何形成的。
🔍 关键数据速览：
• 名称：COSMOSz3.1A
• 红移值：z = 3.1（对应宇宙年龄约21亿年）
• 质量：≈5000 × 银河系质量
• 类型：原超级星系团（proto-supercluster）
• 发现方式：DECam窄带成像 + 光谱三维定位
• 意义：迄今最遥远、最早期的超大尺度结构
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在早期宇宙中搜寻宇宙巨物
来自遥远天体的光需要时间穿越宇宙。一些最遥远天体的距离极其巨大，即使是光也要花费数十亿年才能到达我们的望远镜。
这就是为什么天文学家使用光年（即光从一个天体传播到我们视网膜所需的年数）来测量距离的原因。
当那束光穿越宇宙传播时，它会因宇宙的膨胀而向光谱的红端移动。
天文学家将此称为红移，极遥远天体的距离通常用红移来描述，红移用字母z表示。
一张美国国家航空航天局（NASA）的图像展示了随着宇宙膨胀，光的波长是如何被拉伸——即发生红移的。图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室加州理工学院R. 赫特（加州理工学院红外处理与分析中心）
由于这些巨大的宇宙距离，当天文学家观测极其遥远的星系和星系团时，他们看到的是这些天体在数十亿年前发出光线时的样子。
换句话说，他们是在回溯过去。
星系团是宇宙中的重量级选手。这些巨大的、由引力束缚在一起的集合体包含了数百到数千个星系，它们由大量看不见的暗物质聚集在一起。
我们如今看到的附近星系团已成熟且稳定得多。
但回溯时间，天文学家观测到许多更为年轻的星系团，它们存在于宇宙年龄约为10亿至30亿年期间。
星系团是由引力束缚在一起的巨大星系群。这个名为MACSJ1149的星系团是由詹姆斯韦布空间望远镜观测到的。图片来源：欧洲航天局韦布、美国国家航空航天局和加拿大航天局，C. 威洛特（加拿大国家研究委员会），R. 特里波迪（意大利国家天体物理研究所罗马天文台）
这些是原星系团：正处于合并过程中的松散、混乱的星系集合。
为了解这些宇宙巨型结构的形成过程，由美国普渡大学博士研究生万丹娜拉马克里斯南领衔的研究团队开展了一次深空巡天观测。
拉马克里什南表示：“通过这个项目，我们希望了解宇宙中大型结构的形成过程，以及它们如何影响其中星系的演化。”
“我们也希望更好地了解这些原星系团如何与更大的宇宙网络相连。”
显示名为COSMOSz3.1A的原超星系团的图像。图片来源：T. A. 瑞克特（阿拉斯加安克雷奇大学美国国家科学基金会NOIRLab）、M. 扎马尼与D. 德马林（美国国家科学基金会NOIRLab）
从二维图像到三维深空地图
搜索工作始于地球上一些最强大、最精密的天文台，比如来自100平方度DECam窄带成像调查的数据。
该巡天项目使用位于智利托洛洛山美洲际天文台的维克多M布兰科4米望远镜上的暗能量相机。
暗能量相机在三年多的时间里，用了100多个夜晚，对南半球天空的一大片区域进行了深空图像拍摄。
该团队确定了大约150个遥远的原星系团，它们形成于宇宙大约10–30亿岁的时候。
作为背景信息，如今宇宙的年龄为138亿岁，因此这些遥远的原星团是在宇宙尚处于初期时被观测到的。
研究团队挑选出两个星系密度特别高的原星系团：COSMOSz3.1A和COSMOSz3.1C。
该调查名为ODIN，为研究团队提供了星团的二维坐标。天文学家随后使用光谱仪——一种分析天体光线的仪器——测量了这些天体的距离，从而确定了它们在三维空间中的位置。
这使该团队能够制作出一幅三维地图，展示这些年轻原星系团在遥远宇宙中的位置。
📌 技术亮点：
• DECam窄带滤光片：精准识别高红移发射线星系
• ODIN巡天：覆盖100平方度南天区
• 光谱三维定位：结合VLT/Magellan等望远镜测红移
• 三维重构算法：还原原星系团真实空间分布
正在形成的怪物
生成的三维星图使研究团队得以计算出，COSMOSz3.1A和COSMOSz3.1C最终都将演化为质量超过后发座星系团的结构。
那是目前我们本宇宙中已知的最大星系团。
COSMOSz3.1A尤其令人印象深刻。该团队称它是一个原超级星系团，包含多个星系密集群，这些星系密集群最终会合并成一个巨大的超级星系团。
这是在宇宙仅21亿岁时观测到的，是迄今所识别出的最早期、最遥远的原超星系团。
COSMOSz3.1A代表了宇宙中最极端、密度最高的区域，拉马克里斯南表示。
“我们认为，每1万个星系团中应该少于一个这样的天体。”
原超星系团COSMOSz3.1A所在的天区。浅蓝色圆圈代表已确认属于COSMOSz3.1A的星系。图片来源：CTIO美国国家光学红外天文研究实验室美国能源部美国国家科学基金会美国天文研究协会。图像处理：T. A. 雷克托（阿拉斯加大学安克雷奇分校美国国家科学基金会国家光学红外天文研究实验室）、M. 扎马尼和D. 德马丁（美国国家科学基金会国家光学红外天文研究实验室）
一瞥宇宙的演化历程
这种回望早期正在形成的星系团的视角，让天文学家得以近距离观察宇宙早期的演化过程。
三维重建显示，早期结构呈团块状、不规则，且直接固定在巨大宇宙网细丝的交汇处。
这是天文学家首次直接观测到如此遥远距离处如此错综复杂的宇宙网连接。
作为宏观图景的一部分，这些块状结构为宇宙如何形成其最大的天体结构提供了证据。
根据标准宇宙学模型，结构形成以自下而上的方式进行，即物质小团块先形成，随着时间推移合并成越来越巨大的结构。
宇宙网的视图。图片来源：Millenium Simulation Project
该团队绘制的块状子区域显示了正在相互碰撞的星系和星系团的各个组成部分。
随着时间的推移，引力会将它们拉成一个单一、平滑、更圆润的星团，就像如今在附近宇宙中所见到的那样。
随着三维测绘技术展现出卓越成效，搜寻更多远古宇宙超大尺度结构的工作正在展开。
团队特别期待维拉鲁宾天文台开展的太空与时间遗产调查项目的结果，该天文台配备了世界上最大的数字相机。
通过每隔几晚对整个南半球天空进行成像，鲁宾望远镜有望为天文学家提供一个数据集，这将有助于他们构建一幅关于近邻和遥远宇宙的图景，让他们有机会研究星系团在时间和空间上的演化。
🔭 未来展望｜维拉·C·鲁宾天文台（LSST）
• 主镜口径：8.4米
• 相机像素：32亿像素（世界最大）
• 巡天频率：每3–4晚扫描全南天
• 预计发现：>1000个原星系团，含z > 4的极端结构
• 开始运行时间：2026年中期
相关知识（天文术语）
天文学家是专注于研究宇宙天体的科学工作者。他们凭借各种天文观测设备，如望远镜等，探索恒星、行星、星系等的形成、演化和特性。通过分析观测数据，揭示宇宙奥秘，预测天体活动，为人类认识宇宙、拓宽知识边界、发展航天事业等提供重要依据。
BY: Iain Todd
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终审：天文志愿文章组-零度星系
排版：天文志愿文章组-零度星系
美观：天文志愿文章组-
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/news/cosmos-z3-1-a-proto-super-cluster
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