极其巨大的原始超星系团打破距离纪录

这张图像中捕捉到了新发现的原始超星系团COSMOS-z3.1-A。图片来源：CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA。图像处理：T.A. Rector（阿拉斯加大学安克雷奇分校/NSF NOIRLab）、M. Zamani 和 D. de Martin（NSF NOIRLab）

（神秘的地球uux.cn）据天文学研究大学协会：一支国际天文学家团队发现了有史以来最遥远的星系超星系团前身。这一发现支持了现有关于星系团演化的理论，并揭示了它们与更大宇宙网络的联系。该研究主要依赖于ODIN调查的数据，该调查使用美国能源部制造的暗能量相机，在美国国家科学基金会智利的维克多·M·布兰科4米望远镜上进行。

星系团是宇宙中最有质量、受引力束缚的结构。这些由数百到数千个星系组成的庞大星系群跨越数百万光年。它们由大量暗物质维系在一起，暗物质构成了宇宙更大结构的基石。

科学家在时空上观测到的相对靠近我们的星团，是成熟的结构，由所谓的“原星系团”演化而来。这些原星系团是巨大的、松散结合的星系集合体，正在合并过程中，但尚未稳定形成一个稳定的星系团。通过研究宇宙相对年轻时形成的非常遥远的原星系团，科学家们可以理解现代星系团是如何随着时间增长和演化的。

为了实现这一目标，由当时普渡大学研究生范达娜·拉马克里希南领导的国际科学家团队，回溯数十亿年前，寻找这些古代星系团的前身。团队在《天体物理学杂志》上发表了一篇论文，展示了他们的发现。

“通过这个项目，我们希望理解宇宙中巨大结构的生长，以及它们如何影响其中星系的演化，”拉马克里希南说。“我们还希望更好地了解这些原星团如何与更大的宇宙网络相连。”

他们的研究使用了一百度的数据2DECam窄带成像（ODIN）调查。本次巡天使用由美国能源部制造的暗能量相机（DECam）进行，该相机安装在智利塞罗托洛洛美洲天文台（CTIO）的NSF维克多·M·布兰科4米望远镜上，该项目是NSF NOIRLab的一个项目。凭借其大视场和5700万像素分辨率，DECam在过去三年中花费超过100个夜晚拍摄南半球广阔天空区域的深度图像。

团队共识别出150个在宇宙约10至30亿年历史时期形成的遥远原星团。他们将关注点缩小到两个星系团，这两组星系团显示出显著的高密度星系，分别被称为COSMOS-z3.1-A和COSMOS-z3.1-C。ODIN调查提供了这些结构在天空中的二维坐标。然而，要真正了解它们的星系分布及其在大规模宇宙网络中的位置，必须有三维视角。

为了绘制这些结构的三维图，拉马克里希南与另外两位研究生文炳河（KASI）和妮可·费尔斯通（罗格斯大学）共同领导使用一组称为光谱仪的仪器进行后续观测。光谱仪不是拍摄天空的二维图像，而是利用光的特性测量物体的距离，使科学家能够确定其三维空间的位置。

本研究中使用的大部分光谱均通过暗能量光谱仪（DESI）获得——这是一种强大的多天体光谱仪，可以同时测量5000个不同星系的距离。

团队利用智利双子座南望远镜上的双子座多目标光谱仪（GMOS）以及位于夏威夷毛纳基亚的凯克II望远镜上的DEep成像多目标光谱仪（DEIMOS）获取了额外光谱。

这项研究是最早制作多个遥远原星系团如此详细三维地图的研究之一。这些地图使团队能够预测COSMOS-z3.1-A和COSMOS-z3.1-C将演化成何种星系团。他们发现，这两者都将进化成比我们本地宇宙中已知最大的星系团——彗发星系团——更为质量。

此外，他们还确定COSMOS-z3.1-A比原星系团更为罕见，而原星系团本身就相当罕见。它是一个原始超星系团，或称“星系团团”的祖先。

它是宇宙仅有21亿年历史时被观测到的，是迄今发现的最早、最远的原始超星系团，其质量是银河系的5000倍。

“COSMOS-z3.1-A代表了宇宙中最极端、最过度密集的区域，”拉玛克里希南说。“我们认为每1万个星系团中应该少于一个这样的天体！”

根据详细的三维地图，团队得出结论，这些古老的原星系团非常结块且不规则，位于多个宇宙网丝的交汇处。这是科学家首次直接观测到遥远宇宙中的此类特征，观测结果也符合科学家对物质分布的预期。

当前模型表明，结构形成以“自下而上”的方式进行，较小的结构先形成，然后合并形成更大的结构。三维地图中看到的团块状亚结构很可能就是这种自下而上生长的证据。随着原星团的演化，这些团块会坍缩在一起，形成类似本地宇宙中形状更圆的星团。

凭借其广阔的面积和深度，ODIN处于发现遥远宇宙中更多巨大宇宙结构的有利位置。“本研究中呈现的三维重建方法将成为这些努力的重要组成部分，使我们能够清晰区分原星系团的核心和边缘，以及流入它们的宇宙丝状体，”拉马克里希南说。

团队期待在未来十年内，随着NSF–DOE维拉·C·鲁宾天文台进行其“遗产时空巡天”（LSST）的进一步发现。通过每隔几晚拍摄整个南半球天空，鲁宾将创建一个丰富的数据集，补充ODIN对重叠天空区域的深度成像。这些数据将共同构建近宇宙和远宇宙的深度视图，使科学家能够研究星系团在宇宙时间中的演化。

Vandana Ramakrishnan等，《ODIN：在z = 3.1下描述两个原星簇复合体的三维结构》，《天体物理学杂志》（2026年）。DOI：10.3847/1538-4357/ae8091