亞利桑那大學天文學家領導的一個科學家小組利用美國國家航空航天局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，發現了宇宙大爆炸後8.3億年，由10個星系組成的線狀排列。這個長達300 萬光年的結構就像一根無形的繩子上的珍珠，由一個發光的類星體固定，類星體是一個星系，其核心是一個活躍的超大質量黑洞。

研究小組認為，這個絲狀結構最終將演變成一個巨大的星系團，就像”附近”宇宙中著名的紅纓星系團一樣。研究結果發表在《天體物理學雜誌通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上的兩篇論文中。

“這是人們發現的最早的與遙遠類星體相關的絲狀結構之一，”亞利桑那大學斯圖爾特天文台助理研究教授、第一篇論文的第一作者王飛說。王還說，這是第一次在宇宙中如此早期的時間觀測到這種結構，而且是三維細節觀測。

這幅由韋伯近紅外相機（Webb’s NIRCam）拍攝的深層星系景象顯示了10 個遙遠星系的排列，這些星係由八個白色圓圈標記，呈對角線狀。(這個長達300 萬光年的絲狀結構由一個非常遙遠、非常明亮的類星體支撐著–類星體的核心是一個活躍的超大質量黑洞。這顆類星體名為J0305-3150，位於圖像右側三個圓圈的中間。它的亮度超過了它的宿主星系。這10 個被標記的星系在宇宙大爆炸後僅存在了8.3 億年。研究小組相信，這個絲狀星系最終會演化成一個巨大的星系團。圖片來源：NASA、ESA、CSA、Feige Wang（亞利桑那大學），圖像處理： 約瑟夫-德帕斯卡爾（STScI）

星係並不是隨意散佈在宇宙中的。它們不僅聚集成星團和星塊，還形成了巨大的相互連接的絲狀結構，中間被巨大的荒蕪空洞隔開。這張”宇宙網”一開始很脆弱，隨著時間的推移，引力將物質聚集在一起，變得越來越清晰。

星系嵌在暗物質的巨大”海洋”中，暗物質和常規物質聚集在局部區域，密度高於周圍環境。斯圖瓦德大學天文學教授范曉暉（Xiaohui Fan）解釋說，星係就像海洋中的波峰一樣，騎在被稱為”細絲”的連續暗物質串上。新發現的暗物質絲標誌著在宇宙年齡僅為現在的6% 時首次觀測到這種結構，原本他們預計會發現一些東西，但沒想到會是這麼長、這麼明顯的細結構。

這一發現是ASPIRE 項目的一部分，該項目是一項大型國際合作項目，由亞利桑那大學的研究人員領導，王是該項目的主要研究人員。ASPIRE是A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era的縮寫，其主要目標是研究最早黑洞的宇宙環境。該計劃將觀測25 個存在於宇宙大爆炸後最初10 億年內的類星體，這一時期被稱為”宇宙再電離時代”。

130 多億年前，在重離子時代，宇宙是一個非常不同的地方。星系之間的氣體在很大程度上對高能光不透明，因此很難觀測到年輕的星系。是什麼讓宇宙變得完全電離或透明，最終導致在今天的大部分宇宙中探測到”清晰”的條件呢？詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）將深入太空，收集更多關於重離子時代存在的天體的信息，幫助我們了解宇宙歷史上的這一重大轉變。圖片來源：NASA、ESA 和J. Kang（STScI）

“團隊成員、加州大學聖巴巴拉分校的約瑟夫-亨納維（Joseph Hennawi）說：”過去二十年的宇宙學研究讓我們對宇宙網的形成和演化有了深入的了解。”ASPIRE旨在了解如何將最早的大質量黑洞的出現嵌入到我們當前的宇宙結構形成故事中”。

研究的另一部分是調查年輕宇宙中八顆類星體的特性。研究小組證實，這些類星體的中心黑洞在宇宙大爆炸後不到10 億年就已存在，其質量從6 億倍到20 億倍太陽質量不等。天文學家仍在繼續尋找證據，以解釋這些黑洞為何能如此迅速地變大。要在如此短的時間內形成這些超大質量黑洞，必須滿足兩個標準。

王解釋說：”首先，你需要從一個巨大的’種子’黑洞開始生長。第二，即使這顆種子一開始的質量相當於一千個太陽，它也需要在相對較短的時間內以最大可能的速度吸積一百萬倍以上的物質，因為我們的觀測是在它還非常年輕的時候捕捉到它的。”

類星體–如圖所示，是宇宙中最亮的天體。類星體的超大質量黑洞在吞噬周圍環境的質量時釋放出的能量被廣泛認為是限制大質量星系生長的主要驅動力。資料來源：STScI

“這些史無前例的觀測為我們提供了關於黑洞如何形成的重要線索。我們了解到，這些黑洞位於大質量年輕星系中，這些星係為黑洞的生長提供了燃料庫，”斯圖瓦德大學助理研究教授楊金義說，他領導著ASPIRE對黑洞的研究，也是第二篇論文的第一作者。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡還提供了迄今為止最好的證據，證明早期超大質量黑洞如何潛在地調節其星系中恆星的形成。超大質量黑洞在吸積物質的同時，也會產生巨大的物質外流。這些”風”的範圍可以遠遠超出黑洞本身，達到銀河系的規模，並對恆星的形成產生重大影響。恆星是在氣體和塵埃坍縮成密度越來越大的雲團時形成的，這就要求氣體非常寒冷。楊解釋說，來自黑洞的強風釋放出大量能量，會對這一過程造成破壞，從而抑制宿主星系中恆星的形成。”這種風已經在附近的宇宙中觀測到過，但在宇宙的早期，即重子化紀元，還從未被直接觀測到過。風的規模與類星體的結構有關。在韋伯望遠鏡的觀測中，我們看到這種風延伸至整個星系，影響著星系的演化。