宇宙空间广阔,各类物质分布看似零散。按照现有宇宙模型,暗物质细丝会把星系、星系团这类巨型天体串联,形成一张遍布全宇宙的宇宙网。氢气沿着这些细丝流动,持续供给星系。星系之间弥漫的氢气会释放微弱辐射,这类信号亮度极低,很难捕捉,也很难绘制对应的分布图。

法国里昂天体物理学研究中心罗兰・培根牵头的国际天文团队,完成多年观测工作,直接拍到了距离地球约 120 亿光年,早期宇宙内宇宙网的数根细丝。这次观测拿到的数据,成为宇宙网存在的直接观测证据。分析结果还找到相关信号,细丝内氢气发光,来自大量矮星系的作用,该结果会调整人类对早期宇宙星系形成过程的认知。
过去研究宇宙网的手段大多属于间接观测。一部分科学家依靠引力透镜效应开展探测,大质量天体可以扭曲时空,远方光线穿过这片空间时路径会发生弯折,依靠光线形变,就能判断宇宙网细丝处在光源和地球之间。还有一类方法,利用类星体的强光,寻找光线穿过细丝时,氢元素造成的光吸收痕迹。

本次观测项目选择了不一样的方案。团队使用智利欧南台超大望远镜搭载的 MUSE 设备,长时间盯住天空一小块区域,累计观测时长达到 140 小时。观测目标区域,就是哈勃太空望远镜超深视场对应的天区。
此前同类观测,大多锁定星系聚集的高密度区域,探测由星系电离后的气体丝。培根团队的观测方案和过往项目存在区别,之前研究偏向极端高密度天区,本次项目挑选了普通、没有特殊特征的宇宙区域开展观测。
观测工作的执行时段集中在 2018 年 8 月至 2019 年 1 月。观测只能安排在新月阶段分段完成,减少月光带来的信号干扰。观测数据采集结束之后,团队花费一整年时间处理、解析所有观测资料。
处理完成的数据带来多项发现。超深场里面,有 40% 的星系,无法依靠常规探测手段检出。仪器同时捕捉到宇宙网细丝上发光的氢气体结构,这些细丝横跨数百万光年。
数据分析结果显示,细丝里大部分氢辐射,由分布在细丝沿线的矮星系产生。这些矮星系距离地球过于遥远,现有设备无法单独分辨出每一个矮星系。后续更多观测项目,会用来验证这一结论。

配套的宇宙模拟图,可以直观展示宇宙网的样貌。其中一张模拟图展示约 1500 万光年范围,宇宙网内氢原子释放光线的分布。另一组对比模拟图,左侧展示数十万个矮星系构成的细丝原貌,右侧模拟 MUSE 仪器观测到的画面效果。
宇宙网的相关观测,持续为宇宙演化模型提供实测数据。后续新一代望远镜投入使用,会继续提升观测灵敏度,捕捉更多早期宇宙气体与矮星系的信号。