韦伯太空望远镜发现极早期成熟星系团 或将改写宇宙演化理论

早在首次观测时，天文学家就注意到了XLSSC 122的与众不同。尽管它距离地球超过100亿光年，正处于宇宙中其他星系群刚刚开始聚集的时期，但它却表现出了高度演化的特征，其规模和组织结构与现代邻近宇宙中的星系团极为相似。借助韦伯望远镜无与伦比的聚光和解析能力，研究人员发现XLSSC 122恰好与更遥远的一个或多个星系连成一线。这种偶然的排列使得该星系团强大的引力弯曲了背景星系的光线，产生了极其罕见的强引力透镜效应，从而让科学家能够对XLSSC 122的质量进行前所未有的精确测量。

IPAC的科学家、首篇研究论文的主要作者凯尔·芬纳表示，当他们看到韦伯望远镜传回的首批图像时感到非常震撼。这种幸运的透镜排列为天文学家提供了迄今为止最详细的视角，以观察大约100亿年前被称为“宇宙正午”时期的星系团内部质量分布。在那个时期，宇宙达到了恒星形成率的巅峰，以比今天快100倍的速度孕育着恒星。然而，XLSSC 122的质量极度向星系团中心集中，在宇宙历史如此早期的阶段出现这样高度集中的结构，很难用标准宇宙学模型来解释，因为现有模型预测大质量结构的形成过程应该缓慢得多。

XLSSC 122最初是在2014年通过欧洲航天局XMM-牛顿卫星的X射线巡天观测发现的。随后的哈勃太空望远镜观测帮助确认了它大约104亿光年的距离及其出人意料的成熟结构，但哈勃的数据并没有显示出明确的强透镜效应证据。而在韦伯望远镜的图像中，星系团中心周围出现了明显的光弧。芬纳指出，在这个星系团中，可见物质只对强透镜效应起到了很小一部分作用，大部分效应归功于暗物质。通过强透镜效应来测量暗物质分布，为验证当前的宇宙学模型提供了敏感的探测手段。

在随后由延世大学的扎卡里·斯科菲尔德和朱亨振牵头的另外两项研究中，团队进一步分析了弱引力透镜效应以及星系团内光。弱透镜效应揭示了星系团更远处的质量分布，结合X射线和无线电波观测，证明XLSSC 122仍在合并过程中。此外，研究人员还首次在如此早期的宇宙中探测到了星系团内光，即游离在星系间的恒星发出的微光。分析显示，星系团内光的中心分布形状与强引力透镜揭示的暗物质集中程度高度吻合，进一步证实了星系团处于活跃的合并状态。

展望未来，芬纳及其团队希望能够发现并研究更多这种极其遥远的星系团。由于韦伯望远镜进行的是窄视场定向观测，天文学家需要借助X射线大面积天空巡天、射电望远镜，以及利用苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应等方法来寻找候选目标。芬纳表示，韦伯望远镜时代才刚刚开始，如果在宇宙的这一阶段能够获取数十甚至数百个此类天体的数据，科学家们就能真正开始对现有的宇宙学模型进行严峻的考验。如果发现更多像XLSSC 122这样具有异常暗物质集中度和极早成熟度的天体，宇宙学家们或许需要重新审视并修改关于宇宙演化的核心模型。