最早的宇宙纤维状结构碎片被发现。

詹姆斯·韦布空间望远镜近红外相机拍摄的10个遥远星系，及由这些星系连接而成的一条早期宇宙大尺度结构纤维碎片。这10个星系在图中已被圈出，其中两个圈内包含了不止1个的星系。这条纤维长约300万光年，包含一个极端遥远但明亮的类星体。这个编号为J0305-3150的类星体位于右上方的一个圈内，类星体极高的亮度使其所在的宿主星系不可见。这10个星系所在的时间大是在宇宙大爆炸后8.3亿年。研究人员相信，这条纤维最终会演化成一个巨大的星系团。NASA / ESA / CSA / Feige Wang

宇宙诞生后，宇宙中的物质逐渐形成了一个由无数条纤维交织而成的立体网络。纤维的主要成份是气体，它源自早期宇宙物质密度的不均衡。在大爆炸后大约数亿年时，纤维交叉点上的原始气体逐渐凝聚，形成了许多节点。我们宇宙的首批恒星和星系就诞生在这些纤维和节点中。

近日，詹姆斯·韦布空间望远镜发现了一条迄今最早的宇宙纤维状结构。这条包含10个星系的纤维状结构存在于宇宙诞生后仅8.3亿年的时空中。

这10个星系连成了一条长达300万光年的细线，线上还串起了一个明亮的类星体。这条纤维状结构的规模，及其在宇宙演化史上的重要性，都让研究人员感到吃惊。它是迄今为止人类发现的最早的包含类星体的宇宙纤维状结构。

韦布是在一次对宇宙再电离期进行光谱巡天的过程中发现这条纤维的。在此期间它观测研究了25个类星体的影像和光谱，这些类星体存在于宇宙黑暗期结束后，光明初现的时刻。研究人员希望通过这样的研究，认识第一批星系和黑洞的形成，了解早期宇宙中重元素变得越来越多的过程，以及重元素在再电离期所起的作用。

这些目标对于理解宇宙的起源和演化至关重要。过去二十年间，宇宙学的发展让人们了解了宇宙纤维状结构网络是如何形成和演化的。而现在，研究人员希望进一步认识最早的大质量黑洞在宇宙结构的形成期间扮演了什么样的角色。

类星体是穿越时空的信使。它们在黑洞的驱动下，释放着强光、强辐射和强大的喷流。它们是天文学家的标准烛光，可以用来丈量距离；也可用来研究横亘在这些类星体与地球之间的浩瀚时空。

此次韦布研究了至少8个类星体。这些类星体所拥有的黑洞形成时间都不会超过宇宙诞生后10亿年，它们的质量则在太阳的6亿至20亿倍之间不等。这么大的质量使学界对它们快速成长的原因产生了疑问。理论上这么大的黑洞要在如此短的时间内形成需要有一个“大大的种子”，而且这个种子还必须以极快的速度长大。

由于这些黑洞的宿主星系同样巨大，因此可部分解释它们的中心存在超大质量黑洞的原因。这些黑洞不但会攫取物质，还会使部分物质流失，而这会抑制宿主星系中恒星的形成。外流物质产生的所谓“星系风”其规模与类星体的结构有关。此前天文学家只在邻近宇宙中发现过这种“风”；而现在，韦布在处于再电离期的早期宇宙中也发现了这种“风”。

“再电离期”之所以让人着迷，还因为它是宇宙中首批恒星和星系的诞生期。大爆炸后，年幼的宇宙是炽热而致密的。此时的宇宙中电子是自由的，并不能和质子结合在一起。所以可以说，这是宇宙的第一次“电离期”。

但宇宙的膨胀使之开始冷却，电子和质子开始结合在一起，形成首批中性原子气体。宇宙大爆炸的热能在此时开始向整个宇宙渗透。这些今天已红移到了微波波段的热能，就是“宇宙微波背景辐射”。

膨胀宇宙中物质的分布并不是均匀的。在充斥了整个宇宙的中性氢内，存在着微小的密度差异。这种差异，使得引力可以在那些密度较高的地方聚集起越来越多的物质。物质密度越来越大，逐渐形成一个个团块。团块的核心最终在引力的作用下发生坍缩，触发核聚变，首批恒星由此诞生。

恒星发出的光和热能使周围物质温度变高。电子也变得越来越活跃，它们开始试图挣脱原子核的束缚，再度“电离”。中性气体的迷雾中此时开始出现一个个空洞，光子在这些空洞中自由穿梭。它们在空间中传播得越来越远。黑暗的宇宙开始充满光明。此为宇宙的“黎明”期。宇宙大爆炸后大约10亿年，宇宙再一次被“电离”。宇宙再次被光明主宰。

此次韦布发现的这些星系在一定程度上是个谜。因为这些已经成形了的类星体表明，在那么早的时期，宇宙中已经充满了中心有超大质量黑洞的星系。而研究这些星系，有助于科学家了解更多有关年幼宇宙物质“超密”的奥秘。毕竟大大的黑洞需要“大大的种子”，而这些大大的种子必然是在充满了星系的物质“超密”区形成的。

在韦布之前，人们只在极早期的超大质量黑洞周围发现过极少的星系超密区。韦布的观测有助于人们解开在极早期宇宙中，星系的形成和黑洞的形成之间存在着什么样相互作用。而在通往答案的路途上，我们应该也会看到更多处于形成期的宇宙大尺度结构碎片。

参考NASA’s Webb Identifies the Earliest Strands of the Cosmic Webhttps://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-s-webb-identifies-the-earliest-strands-of-the-cosmic-web