天文学家绘制出早期宇宙“隐形星系网”

莱曼α辐射通常在恒星形成活跃区域尤为强烈，因此长期以来是寻找早期明亮星系的重要线索，但发出同样信号的大量暗弱星系和弥散气体云位置一直难以锁定。 负责此次制图工作的赫特德克斯团队成员、德国马普天体物理研究所的玛雅·卢汉·尼迈耶表示，观测早期宇宙有助于理解星系如何演变成今天的模样，以及星系间气体在这一过程中的作用，但这些目标距离极其遥远、亮度微弱，对观测能力提出了巨大挑战。

为探测这些此前“隐身”的来源，研究人员采用了“谱线强度映射”新方法，不再逐个辨认单个星系，而是测量某种元素在大尺度空间中的总体辐射强度，从而一次性捕捉到无数暗弱目标的累积辉光。 论文合著者、得克萨斯大学奥斯汀分校天文学家朱利安·穆尼奥斯形象地比喻称，传统巡天就像在飞机上只标出夜空中最亮的城市灯光，而强度映射则像隔着一扇“被抹花的窗户”俯视大地，虽然图像更模糊，却记录了所有光源，而非仅限最亮的那一部分。

此次工作是首次利用如此庞大的数据集，以高精度对莱曼α辐射进行强度映射。 HETDEX项目依托麦克唐纳天文台的霍比－埃伯利望远镜，原本旨在通过测量逾一百万个明亮星系的位置来研究暗能量，在这一过程中顺带积累了极其庞大的光谱资料——超过六亿条光谱，覆盖的天区面积相当于两千多轮满月在天空中的总面积。 项目负责人、得州大学奥斯汀分校天文系主任卡尔·盖布哈特指出，日常科学分析其实只使用了约5%的数据，其余大部分一直沉睡在硬盘中，蕴含着巨大潜力。

尼迈耶强调，HETDEX在一片天区内几乎“见光就收”，但真正够亮、能纳入原始科学目标样本的星系只是冰山一角，更多的光隐藏在看似空无一物的背景之中。 为从海量原始观测中“捞出”宇宙网结构，团队开发了专门软件，并借助德州高级计算中心的超级计算机，对约半个PB的数据进行了集中处理。

研究团队随后以既有的明亮星系目录为“路标”，推断其周围更暗弱星系和发光气体云的可能分布位置，因为引力会把物质拉拢到一起，明亮星系往往标示着物质高度集中的区域。 参与研究的马普天体物理研究所科学主管小松英一郎表示，可以把这些已知星系看作标桩，通过它们来估算暗弱源的距离与分布，最终得到的地图不仅在亮星系周边呈现出更清晰细节，也首次揭示了星系间原本“空白”地带中丰富而复杂的结构。

此前天文学界已有关于这一时期宇宙演化的大量计算机模拟，但毕竟只是理论推演，此次获得的实测宇宙网为检验相关天体物理过程提供了坚实基准。 研究人员下一步计划把这张氢莱曼α强度地图与其他元素的巡天结果进行交叉比对，例如围绕恒星诞生区域的冷致密气体常通过一氧化碳辐射显现，相应的强度映射有望揭示产生莱曼α辐射的年轻恒星所处环境的更多细节。

穆尼奥斯表示，这项工作首先是一项“首次探测”，本身就意义重大，同时也为利用强度映射手段系统勾勒宇宙开辟了新道路。 他认为，霍比－埃伯利望远镜在这一领域扮演着先驱角色，随着多种互补新仪器陆续投入使用，人类或将迎来一个绘制宇宙大尺度结构的“黄金时代”。