十億年的提前到來 宇宙星系團的成長謎題(圖)

宇宙的發現總是能突破過往的認知。（圖片來源：Adobe Stock）

在浩瀚宇宙的歷史長河中，有些時刻像鐘聲般清晰，提醒人類自身的渺小與未知。近日，一項在美國太空總署（NASA）發布的研究成果，將人類對宇宙早期演化的理解推向新的轉折點。

星系團是宇宙中規模最宏大的結構之一，竟在大爆炸後的十億年時已經開始成形，比過往的推測提前了整整十億至二十億年。這項成果來自兩座劃時代的太空觀測設施，錢德拉X射線天文台與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。研究結果已刊登在權威期刊《自然》，為宇宙結構形成史掀開新的篇章。

深空中現身的原星系團

這個引發關注的天體名為「JADES-ID1」。名稱來自“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡高級深空星系巡天”（JADES）計畫。天文學家將它歸類為「原星系團」，也就是仍處於劇烈成長階段，未來將演變為完整星系團的早期形態。它的質量約為太陽的二十萬億倍，規模驚人。更令人震撼的是，它所在的時空位置距離遙遠，意味著我們所見的是宇宙極早期的景象。

依據現有模型，在大爆炸後僅十億年，宇宙似乎還來不及孕育如此龐大的結構。然而，JADES-ID1卻真實存在於那段時間尚未準備好的年代。領導這項研究的哈佛-史密森天文物理中心的學者阿科斯·博格丹指出，這可能是目前觀測到最遙遠，且已被確認的原星系團。他形容，這項發現顯示宇宙在早期急於快速成長。

星系的聚集與高溫氣體的證據

星系團由數百個星系組成，它們在極高溫的氣體池之中，同時蘊含大量尚未被直接觀測的暗物質。這些龐大結構不僅是宇宙的地標，也是天文學家測量宇宙膨脹與研究暗能量與暗物質的重要依據。

韋伯望遠鏡觀測到JADES-ID1中至少有66個潛在成員星系，顯示它們因重力而聚集在一起；錢德拉天文台則偵測到巨大且炙熱的氣體雲，發出X射線訊號。當星系團形成時，氣體向中心墜落並經由衝擊波加熱，溫度可達數百萬度，正是這樣的過程產生了可被探測的X射線。

論文合著者、同樣來自哈佛-史密森天文物理中心的格里特·謝倫伯格形容，研究星系團的成長歷程，就像觀察汽車在裝配線上逐步完成，而不是只看最終成品。透過JADES-ID1，人類首次清晰看到這段極早期的「組裝過程」。

模型之外的挑戰

在此之前，天文學家曾發現具有X射線輻射的原星系團，但那些都出現在大爆炸後約三十億年，這次發現卻將時間軸大幅提前。英國曼徹斯特大學的李瓊表示，他們原本預期此類結構會在二、三十億年後才出現，而不是才十億年。過去已知巨大星系與黑洞能迅速形成，如今證據顯示，星系團也能在宇宙尚年幼時快速壯大。

JADES-ID1所在的觀測區域與「錢德拉南深場」重疊，這是目前最深的X射線觀測區之一。由於條件極為特殊，整個天空中能夠發現此類天體的區域屈指可數。此前，李與康塞利斯領導的團隊曾在該區發現五個原星系團候選體，但只有JADES-ID1中的星系真正嵌入於高溫氣體之中，且其質量足以產生明確的X射線訊號。

論文合著者克里斯托弗·康塞利斯指出，這樣的發現往往需要兩台望遠鏡在各自能力極限下，同時觀測同一片天空。如今，新的難題已然浮現，JADES-ID1究竟如何在如此短的宇宙時間內迅速形成？

從原始到成熟的宇宙旅程

科學家推測，經過數十億年的演化，JADES-ID1最終將成長為如同距離地球較近的成熟星系團一樣的巨大結構。從一個早期、劇烈動盪的原星系團，到穩定運行的巨大星系團，這是宇宙時間尺度下的自然歷程。

當人類仰望星空時，常以為宇宙的秩序緩慢而從容，然而JADES-ID1的出現，提醒我們自然的演變未必遵循既定想像，宇宙能比預期更為迅速，也更為深奧。在這片遙遠的光芒中，人類再次體會到自身探索的有限與可能，在未知與驚奇之間，宇宙仍靜靜書寫它尚未揭示的篇章。