最早的宇宙纖維狀結構碎片被發現。
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詹姆斯·韋布空間望遠鏡近紅外相機拍攝的10個遙遠星系，及由這些星系連接而成的一條早期宇宙大尺度結構纖維碎片。這10個星系在圖中已被圈出，其中兩個圈內包含了不止1個的星系。這條纖維長約300萬光年，包含一個極端遙遠但明亮的類星體。這個編號為J0305-3150的類星體位於右上方的一個圈內，類星體極高的亮度使其所在的宿主星系不可見。這10個星系所在的時間大是在宇宙大爆炸後8.3億年。研究人員相信，這條纖維最終會演化成一個巨大的星系團。NASA / ESA / CSA / Feige Wang
宇宙誕生後，宇宙中的物質逐漸形成了一個由無數條纖維交織而成的立體網絡。纖維的主要成分是氣體，它源自早期宇宙物質密度的不均衡。在大爆炸後大約數億年時，纖維交叉點上的原始氣體逐漸凝聚，形成了許多節點。我們宇宙的首批恆星和星系就誕生在這些纖維和節點中。
近日，詹姆斯·韋布空間望遠鏡發現了一條迄今最早的宇宙纖維狀結構。這條包含10個星系的纖維狀結構存在於宇宙誕生後僅8.3億年的時空中。
這10個星系連成了一條長達300萬光年的細線，線上還串起了一個明亮的類星體。這條纖維狀結構的規模，及其在宇宙演化史上的重要性，都讓研究人員感到吃驚。它是迄今為止人類發現的最早的包含類星體的宇宙纖維狀結構。
韋布是在一次對宇宙再電離期進行光譜巡天的過程中發現這條纖維的。在此期間它要觀測研究25個類星體的影像和光譜，這些類星體存在於宇宙黑暗期結束後，光明初現的時刻。研究人員希望通過這樣的研究，認識第一批星系和黑洞的形成，了解早期宇宙中重元素變得越來越多的過程，以及重元素在再電離期所起的作用。
這些目標對於理解宇宙的起源和演化至關重要。過去二十年間，宇宙學的發展讓人們了解了宇宙纖維狀結構網絡是如何形成和演化的。而現在，研究人員希望進一步認識最早的大質量黑洞在宇宙結構的形成期間扮演了什麼樣的角色。
類星體是穿越時空的信使。它們在黑洞的驅動下，釋放著強光、強輻射和強大的噴流。它們是天文學家的標準燭光，可以用來丈量距離；也可用來研究橫亘在這些類星體與地球之間的浩瀚時空。
此次韋布研究的類星體所擁有的黑洞形成時間都不會超過宇宙誕生後10億年，它們的質量則在太陽的6億至20億倍之間不等。這麼大的質量使學界對它們快速成長的原因產生了疑問。理論上這麼大的黑洞要在如此短的時間內形成需要有一個「大大的種子」，而且這個種子還必須以極快的速度長大。
由於這些黑洞的宿主星系同樣巨大，因此可部分解釋它們的中心存在超大質量黑洞的原因。這些黑洞不但會攫取物質，還會使部分物質流失，而這會抑制宿主星系中恆星的形成。外流物質產生的所謂「星系風」其規模與類星體的結構有關。此前天文學家只在鄰近宇宙中發現過這種「風」；而現在，韋布在處於再電離期的早期宇宙中也發現了這種「風」。
「再電離期」之所以讓人著迷，還因為它是宇宙中首批恆星和星系的誕生期。大爆炸後，年幼的宇宙是熾熱而緻密的。此時的宇宙中電子是自由的，並不能和質子結合在一起。所以可以說，這是宇宙的第一次「電離期」。
但宇宙的膨脹使之開始冷卻，電子和質子開始結合在一起，形成首批中性原子氣體。宇宙大爆炸的熱能在此時開始向整個宇宙滲透。這些今天已紅移到了微波波段的熱能，就是「宇宙微波背景輻射」。
膨脹宇宙中物質的分布並不是均勻的。在充斥了整個宇宙的中性氫內，存在著微小的密度差異。這種差異，使得引力可以在那些密度較高的地方聚集起越來越多的物質。物質密度越來越大，逐漸形成一個個團塊。團塊的核心最終在引力的作用下發生坍縮，觸發核聚變，首批恆星由此誕生。
恆星發出的光和熱能使周圍物質溫度變高。電子也變得越來越活躍，它們開始試圖掙脫原子核的束縛，再度「電離」。中性氣體的迷霧中此時開始出現一個個空洞，光子在這些空洞中自由穿梭。它們在空間中傳播得越來越遠。黑暗的宇宙開始充滿光明。此為 宇宙的「黎明」期。宇宙大爆炸後大約10億年，宇宙再一次被「電離」。宇宙再次被光明主宰。
此次韋布發現的這些星系在一定程度上是個謎。因為這些已經成形了的類星體表明，在那麼早的時期，宇宙中已經充滿了中心有超大質量黑洞的星系。而研究這些星系，有助於科學家了解更多有關年幼宇宙物質「超密」的奧秘。畢竟大大的黑洞需要「大大的種子」，而這些大大的種子必然是在充滿了星系的物質「超密」區形成的。
在韋布之前，人們只在極早期的超大質量黑洞周圍發現過極少的星系超密區。韋布的觀測有助於人們解開在極早期宇宙中，星系的形成和黑洞的形成之間存在著什麼樣相互作用。而在通往答案的路途上，我們應該也會看到更多處於形成期的宇宙大尺度結構碎片。
參考
NASA’s Webb Identifies the Earliest Strands of the Cosmic Web
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-s-webb-identifies-the-earliest-strands-of-the-cosmic-web