早期宇宙中的冷中性气体促使人们重新思考星系团的演化
早期宇宙中形成中的星系团艺术家意图：活跃星系的射电喷流嵌入炽热的星系团内大气中（红色），展示了新星系团中巨大的热储气库。图片来源：Lingxiao Yuan
（神秘的地球uux.cn）据哥本哈根大学：哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所宇宙黎明中心的一小群年轻研究人员通过对一个极大星系团演化早期阶段的观测，展示了我们已知的最大结构与此前认为的不同历史。
研究人员首先观测到极高密度的冷中性氢气——远高于预期——这些氢气仍在星团内积极形成恒星和星系。
“这在这些星系中，甚至宇宙历史上都未曾见过。我们观测到的星系团结构非常特殊——它非常巨大;其中含有大量物质，我们预计如果继续发展到今天，它将演化成我们见过的最大星系团之一，“尼尔斯·玻尔研究所宇宙黎明中心助理教授、该研究第一作者卡斯珀·海因茨解释道。
“星系团如此巨大本身就有些神秘，但考虑到我们发现大量冷中性气体落入结构，并'滋养'星系形成，这也许说得通。”
冷中性气体的含量与之前的假设不符
研究者们困惑的一点是，对如此大量中性氢气的观测结果与现有的宇宙演化模型并不吻合。
此前人们认为，大约在大爆炸后十亿年，星系团会发出如此明亮的光芒，以至于气体被光或辐射电离——这意味着气体已经从原始状态转变，不再是中性的。
但冷的中性氢气的含量与这一假设相矛盾。研究人员认为宇宙演化中最后一次相变的驱动力——即原始物质在所谓的“宇宙大尺度电离”过程中的电离——被大量非电离气体所挑战。
此前的假设认为电离是由“聚光星系团”驱动的。但目前剩余的冷中性氢气比例远高于目前宇宙历史中模型预测的。
发现了许多类似的星系结构
研究人员现在将通过观测其他星系团来探讨这个问题。硕士生查米拉·特普利用她的论文项目，利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测多种不同类型的星系团。
Chamilla通过她在学士项目中进行的研究发现了第一个冷中性气体的过密度，因此她自然会继续这些研究。
不仅如此，她还成功开发出一种方法，使得在詹姆斯·韦伯望远镜视线范围内，将星系前方气体的观测数据与“前方”气体的观测分开。这使得对单个星系团的演化进行了更精确的观测——这是一项关键的方法论突破。
而且，这类结构的出现比研究人员预期的还要多，即使是在JWST这样“深远”地观察宇宙——在一个狭小的视野内。深入宇宙也意味着要追溯到更远的历史，以便观察早期发育阶段——比如星系团。
这又引出了一个问题：为什么我们看到宇宙中许多非常大型结构的早期诞生，而今天我们实际上看不到这些结构？那他们去哪儿了？为什么它们在宇宙发展过程中消失了？
更多信息：Kasper E. Heintz 等人，《星系原团中再电离后密集的中性气体网》，《自然天文学》（2026）。DOI：10.1038/s41550-025-02745-x
