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100多亿光年之外,韦布望远镜拍到了一个不该存在的星系团。XLSSC 122,一

100多亿光年之外,韦布望远镜拍到了一个不该存在的星系团。

XLSSC 122,一个由大量星系聚拢在一起的巨大结构,距离我们超过104亿光年。光走了104亿年才到我们眼前,意味着韦布看到的是宇宙只有大约34亿岁时的样子。问题在于,那个年纪的宇宙,星系团本应还在松散地集结,像工地上刚打完地基。但XLSSC 122不是这样。它又大又紧凑,组织严密,看上去像一个已经发育完全的成熟星系团,和我们附近宇宙里的那些没什么两样。

按照现有的宇宙学模型,这么大规模的结构需要更长的时间才能长成这副模样。

2014年,欧洲空间局的XMM-牛顿X射线望远镜在巡天时第一次捞到了它。哈勃望远镜随后确认了它的距离和异常的成熟度,但对它的内部结构看得并不够清楚。现在,韦布望远镜也出手了。

韦布的图像里,XLSSC 122的中心是一团橘红色的模糊光斑,那是星系团核心的星系群。而在它们周围,出现了一圈圈蓝灰色的弧线。这些弧线不属于星系团本身,它们是更遥远的背景星系发出的光,被XLSSC 122巨大的引力扭曲、拉伸之后形成的幻影。

这种现象叫强引力透镜。爱因斯坦的广义相对论预言了它:质量足够大的天体会弯曲周围的时空,像一面巨型放大镜一样,把身后更远处的星系的光线扭成弧形甚至圆环。XLSSC 122现在是已知最远的、能产生强引力透镜效应的星系团,刷新了纪录。

加州理工学院IPAC的研究员Kyle Finner及合作者围绕这个星系团连发了三篇论文,成果在第248届美国天文学会会议上做了报告,也发表在《天体物理学快报》(The Astrophysical Journal Letters)上。

强引力透镜不只是好看。它是一把秤。

弯曲背景星系光线的不是星系团里那些发光的恒星和气体,那些可见物质贡献的引力远远不够。真正在背后使劲的是暗物质,一种不发光、不反射、几乎不和任何东西发生相互作用,但确确实实通过引力影响着一切的物质。按目前的估算,宇宙中暗物质的总量是普通物质的5倍。你,地球,太阳,所有恒星,加起来只占宇宙物质总量的六分之一不到。

暗物质看不见,但引力透镜能把它称出来。光线被弯曲的程度直接反映了那个区域有多少质量在施加引力,不管这些质量是不是可见的。

称完之后,麻烦来了。

XLSSC 122的质量极度集中在星系团中心。这种高度集中的质量分布,在一个只有34亿岁的宇宙里,按照标准宇宙学模型是不该出现的。模型预测,那个时代的星系团应该还比较松散,质量分布更均匀,需要更多时间才能把物质往核心挤压。但XLSSC 122已经提前完成了这个过程。

第二篇论文换了一个角度。团队用弱引力透镜来观测星系团的外围区域。强引力透镜看的是核心,弧线明显,肉眼可辨;弱引力透镜看的是更大范围,背景星系的形状只有极其微小的扭曲,必须用统计方法才能提取出信号。两种方法结合,加上X射线和射电望远镜的数据,团队发现XLSSC 122正处于合并状态,多个星系子群正在碰撞汇聚。即便如此,核心区域的质量集中度依然高得离谱,和第一篇论文的结论完全吻合。

第三篇论文挖出了另一个惊喜。韦布在XLSSC 122中探测到了星系团内光(intracluster light),这是一种由漂浮在星系之间的孤立恒星发出的微弱光芒。这些恒星原本属于各自的星系,在星系碰撞合并的过程中被甩了出来,散落在星系团的空间里。这是迄今探测到的最早期的星系团内光。

它的分布范围很广,印证了星系团正在经历合并,被甩出来的恒星还没来得及沉降到引力最强的核心。但更有意思的是,在核心区域,星系团内光的形状和强引力透镜揭示的暗物质分布高度吻合。这些游荡的恒星发出的微光,恰好勾勒出了暗物质的轮廓。

如果这种关联在更多星系团中得到验证,天文学家就多了一种追踪暗物质的新工具,不需要等待恰好有背景星系排成一线,只要找到星系团内光就行。

一个星系团,三篇论文,三种不同的方法,指向同一个结论:XLSSC 122太早熟了,早熟到让现有的宇宙学模型无法轻松解释。

但一个案例还不足以撼动整个框架。Finner的团队接下来要做的,是找到更多类似的星系团。

如果找到几十个甚至上百个和XLSSC 122一样早熟的星系团,都有着同样过度集中的暗物质,那宇宙学家可能就需要认真修改他们关于宇宙结构如何演化的基础理论了。

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图一:詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的遥远星系团 XLSSC 122,距地球逾百亿光年,是目前已知最遥远的强引力透镜星系团,中心橙红色模糊天体为星系团核心星系,其周围可见蓝灰色弧状被透镜放大的背景星系,图源:NASA, ESA, CSA; Kyle Finner (Caltech/IPAC), Robert Hurt (Caltech/IPAC-SELab)图二:哈勃空间望远镜与詹姆斯·韦布空间望远镜对同一遥远星系团的双图对比观测影像,图源:NASA, ESA, CSA; Kyle Finner (Caltech/IPAC), Robert Hurt (Caltech/IPAC-SELab)

信源:Hadhazy, Adam. "New JWST images of abnormally well-developed galaxy cluster open up the 'cosmic noon' frontier - Phys.org." phys.org, 19 June 2026