最遙遠的原始超星系團現身：COSMOS-z3.1-A重現宇宙巨構造的成長現場

在早期宇宙看見「超星系團的祖先」

國際天文團隊發現的 COSMOS-z3.1-A，是一個極為龐大、仍在組裝中的原始超星系團（proto-supercluster）。它位於紅移 3.1，研究者看到的是宇宙約 21 億歲時的模樣；在當時，它已是目前所知最遙遠的星系超星系團祖先。這讓天文學家得以直接觀察：今日宇宙中最大的星系團系統，如何從較小的結構逐步匯聚而成。15

質量約為銀河系5,000倍，未來可能超越后髮座星系團

COSMOS-z3.1-A的估計質量約為銀河系的5,000倍。依據模擬與由密度推算後代質量的方法，研究團隊認為它在演化至今日宇宙時，可能成為一個總質量超過后髮座星系團（Coma Cluster）的星系團系統；后髮座星系團是鄰近宇宙中最龐大的已知星系團之一。2510

不過，這不是對其「未來質量」的直接量測，而是建立在模型與推估方法上的結果，因此仍帶有模型依賴性與不確定度。

不是一團圓球，而是一張正在供料的宇宙網

COSMOS-z3.1-A並非已經穩定、鬆弛成形的單一球狀星系團。它由多個緻密、塊狀的原始星系團核心構成，分布尺度約為 90 × 70 × 60 共動百萬秒差距；周圍還延伸出絲狀結構，彷彿持續把物質導向這些高密度核心。

這些核心位在「宇宙網絡」多條絲狀結構交會的極端高密度區域。宇宙網絡可理解為由暗物質與氣體勾勒出的巨大絲網：星系與星系團傾向沿著絲狀結構聚集、成長。能在這麼早的宇宙時代看到如此巨大的系統，十分罕見。1

團隊如何把遙遠的密集區變成立體地圖？

研究人員先利用 ODIN 巡天的窄頻影像資料，主要搭配暗能量相機 DECam，尋找在相應紅移下大量出現的萊曼α發射星系。這類星系能協助標示早期宇宙中的高密度區。

接著，團隊結合 DESI 在大範圍取得的光譜資料，以及 Gemini South／GMOS 與 Keck II／DEIMOS 的定向後續觀測，確認星系紅移。這一步相當關鍵：它把原本只是在天空平面上看似密集的區域，轉換為可辨識前後深度與連結關係的三維結構圖，同時追蹤連接各核心的絲狀結構。1

為何這是「由小到大」宇宙成長理論的有力例證？

標準的層級式結構形成理論認為，小型暗物質暈與星系群會先形成，之後透過彼此合併，並沿宇宙網絡吸積更多物質，逐漸組成星系團與超星系團。

COSMOS-z3.1-A正呈現了這樣的中間階段：多個仍相對獨立的原始星系團核心，嵌在由絲狀結構供應物質的網絡之中，而非一開始便形成單一、成熟的巨型星系團。110

與JWST「早期星系可能更重」的發現有何關係？

兩項結果談的是不同尺度的問題。COSMOS-z3.1-A著眼於大尺度環境與結構形成；JWST的相關研究則聚焦於若干早期大質量星系內部的恆星組成。

JWST光譜研究指出，部分早期大質量星系可能含有比預期更多黯淡、低質量恆星，亦即呈現偏向低質量恆星較多的恆星族群。若此結果在更大樣本中獲得確認，這些星系推算出的恆星質量可能需上修約 3至4倍，使「大爆炸後不久，星系何以能如此迅速累積物質並形成恆星」的難題更加突出。4913

COSMOS-z3.1-A提供了一條合理的環境線索：位於高密度宇宙網絡節點、且持續獲得絲狀結構供料的星系，確實可能更快組裝。然而，大尺度暗物質環境能否高效率聚集，與星系內部如何形成特定的恆星初始質量分布、並把氣體轉換為恆星，仍是兩個不同層次的問題；前者並不能單獨解決後者的質量張力。

下一步：以更大巡天尋找更多早期巨構造

薇拉・魯賓天文台的 LSST 將提供深度更高、覆蓋範圍更廣、且多波段重複觀測的影像資料，有望大幅增加高紅移高密度區與原始星系團候選體的數量，讓研究人員更系統性地描繪其環境。

不過，要取得精確的三維位置、確認結構彼此關係與重建其動力演化史，仍需仰賴光譜觀測。魯賓天文台已開始 LSST 觀測作業。13