天文学家发现最遥远的原始超星系团COSMOS-z3.1-A

COSMOS-z3.1-A是一处极其庞大、仍在组装中的原始超星系团。我们看到的是它在红移3.1时的样子，当时宇宙年龄约为21亿年。它是目前已知最遥远的星系超星系团祖先之一，为观察当今最大星系团如何由较小结构逐步汇聚而成提供了难得窗口。15

有多大，未来会变成什么？

研究团队估计，COSMOS-z3.1-A的质量约为银河系的5000倍。基于数值模拟和对其后代质量的密度推算，它在演化至今天的宇宙时，可能成为一个质量超过后发座星系团（Coma Cluster）的系统。后发座星系团是近邻宇宙中最庞大的已知星系团之一。

不过，这个“未来质量”并不是对未来的直接测量，而是依赖模型和密度估算得出的预测，仍存在模型相关的不确定性。2510

它不是一个圆整、稳定的星系团

COSMOS-z3.1-A并非一个已经充分弛豫、外形近似球状的成熟星系团。它由多个致密、呈团块状的原始星系团核心构成，分布范围大约为90 × 70 × 60共动百万秒差距；若干丝状延伸结构把这些核心相连，并向其输送物质。1

这处结构位于宇宙网高密度区域的交汇处，属于早期宇宙中相当罕见的极端过密区。所谓“宇宙网”，是由暗物质和普通物质共同勾勒出的宏观网络：星系和星系群往往沿着丝状结构汇聚到更致密的节点。

天文学家怎样确认它的存在？

ODIN巡天首先通过窄带成像寻找处在相应红移的莱曼α发射体星系，其中主要使用了暗能量相机（DECam）。随后，团队利用DESI在大范围取得的光谱数据，并结合双子座南望远镜GMOS和凯克II望远镜DEIMOS的定向后续观测，确认星系红移。

这一步至关重要：只有把二维天区中的“星系扎堆”转换为三维空间地图，研究人员才能确认这不是视线方向上的偶然投影，而是真实存在的庞大结构，并追踪连接各核心的丝状体。1

为什么它支持“自下而上”形成理论？

在标准的层级结构形成模型中，小型暗物质晕和星系群先形成，之后通过彼此并合、以及沿宇宙网丝状结构持续吸积物质，逐渐成长为星系团和超星系团。

COSMOS-z3.1-A展现的正是这一中间阶段：多个仍彼此可区分的原始星系团，嵌在由丝状结构供给的网络中，而非一个一次性形成的巨大、单体式星系团。110

与JWST“早期星系更重”结果有什么关系？

两项发现彼此相关，但讨论的尺度不同。JWST的研究关注的是早期单个大质量星系内部的恒星成分，而COSMOS-z3.1-A研究的是这些星系所处的大尺度环境。

JWST对少量早期大质量星系的光谱分析显示，其中一些星系或许拥有异常多的昏暗低质量恒星，即偏向低质量恒星的“底重型”恒星族群。这可能使其推断的恒星质量提高约3至4倍。若这种现象在更广泛样本中成立，早期宇宙为何能如此迅速地积累物质并形成恒星，将成为更尖锐的难题。4913

COSMOS-z3.1-A提供了一种合理的环境线索：处于宇宙网高密度节点的星系，可被丝状结构持续供给物质，从而有利于快速组装。但它本身并不能解决JWST提出的恒星质量问题——建立庞大的暗物质环境，和解释星系内部恒星初始质量分布及恒星形成效率，是两个不同层面的难题。

接下来会怎样寻找更多类似结构？

薇拉·C·鲁宾天文台的LSST巡天将提供深度更高、覆盖更广、可重复观测的多波段成像，有望大幅扩大高红移过密区候选体的样本，并让原始星系团及其环境的系统性绘图成为可能。

但要精确确定这些结构在三维空间中的位置、以及其动力学演化历史，光谱观测仍不可替代。鲁宾天文台已开始LSST运行。13