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1、发现“超级巨引源”
我们的银河系从属于庞大的室女座超星系团（也叫本超星系团），而在室女座超星系团之上则是一个更加巨大的庞然大物——一个横跨5.2亿光年，内部拥有十万星系的拉尼亚凯亚（Laniakea）超星系团。如果去除宇宙膨胀，银河系实在一直在朝着拉尼亚凯亚的引力中心“巨引源”的方向移动。
然而前不久有天文学家发现，在我们被巨引源吸引的同时，包括本超星系团在内的周围众多星系和星系团，它们似乎还受到了一个更大的“超级巨引源”的吸引，而它所在的位置是以夏普利（Shapley）超星系团为中心的一个巨型引力盆地。
这里的“引力盆地（Basins of Attraction, BoA）”，你可以理解为它是宇宙尺度下的一块星系较为聚集的地区。由于内部包含了大量物质，具有相当大的质量，所以该地区相对外界来说就是个巨大的引力盆地。好比一些超星系团，它们就可以看做是一个个引力盆地。对于那些挨得比较近的星系团，它们还可以聚集成更大的引力盆地。而在盆地的最低处，那里便是该地区的引力中心。
引力中心并不意味着谁人点上一定存在着某个质量巨大的天体，它仅仅是从全局来看整体的质量中心。好比巨引源，它的引力来源就被认为是多个星系团的共同作用结果。作为拉尼亚凯亚的引力中心，巨引源就是该引力盆地的最低处，周围成千上万的星系就像水流一样朝它运动。不过必要注意的是：这里的“朝它运动”是刨除了宇宙膨胀后来说的。由于空间膨胀会使得距离较远的星系之间相互远离，所以实际上绝大部分星系虽然有向巨引源运动的趋势，但实际上它们只会离巨引源越来越远。
这也是为什么说超星系团已经算是宇宙中最大的结构了，再大的话（像是星系长城）那些就不能算作真正意义上的结构了。毕竟它们内部各部位之间已经缺乏引力交互，或者说引力作用已经被空间膨胀盖过了，整体已经处于一种正在解体的状态了。把它们归为一个整体起个名字，更多是从共同的起源或者说曾经有过结合来说的。就好比今天的宇宙，它的各部位在138亿年前那都有过结合，甚至都起源于最初的谁人奇点。
总之在讨论宇宙大尺度结构时，我们通常会把空间膨胀因素剔除掉，只看引力产生的效果。所以说在清除了宇宙膨胀后，银河系甚至是整个室女座超星系团都在向着巨引源运动。
然而2024年9月，一篇发表在《自然·天文学》上的文章中，来自夏威夷大学的天文学家，他们基于宇宙学标准模子和最新的观测数据，对38000个星系团的运动进行了分析。然后他们惊讶地发现，位于拉尼亚凯亚的我们在向巨引源运动的同时，我们似乎还在被另一个更大的引力源吸引着。该引力源位于夏普利超星系团方向，而那里是夏普利引力盆地（Shapley BoA）的核心地区。这个夏普利引力盆地相当巨大，从结构上来说，整个拉尼亚凯亚可能只是夏普利引力盆地的一部分。
之前银河系位于拉尼亚凯亚引力盆地的边缘，但在新数据中，银河系直接从属于夏普利引力盆地的可能性或许更大一些。不过由于引力盆地只是一个基于引力势能大小划分的模糊地区，加上目前的观测数据仍然有限，所以每个引力盆地的边界并不是十分清楚。
虽然夏普利引力盆地巨大无比，但在已发现的引力盆地中，它也只能屈居第二。目前老大的位置要归属于史隆长城所在的史隆长城引力盆地（Sloan Great Wall BoA）——一个体积两倍于前者的巨型地区。
随着观测设备的不断升级，未来大概还会有更大的引力盆地被发现。这些引力盆地为我们提供了一个研究大尺度结构的新视角，它将帮助我们了解如今的宇宙究竟是如何一步步演化至今的。
2、JWST观测结果再次与理论冲突
说到宇宙的演化，JWST自打投入使用以来就在这方面不断给我们带来“惊喜”。不管是星系的“早熟”问题，还是进一步证明了“哈勃冲突”的存在，JWST的许多观测结果和当今的宇宙学标准模子之间确实存在一定的冲突。这不，前不久又有科学家发现，JWST的观测结果对于宇宙的再电离时期比理论预计的早了至少3.5亿年。
所谓“再电离时期”，它是宇宙在早年间经历的一个特别时期。早在大爆炸之初（约莫38万年时），当宇宙最初的那批光子摆脱了电子的束缚后（脱耦时期），那些监禁光子的自由电子便开始被周围的质子吸引并完成配对，形成了中性的氢原子。理论上来说，宇宙中的物质尤其是大量的星际以及星系际介质，它们绝大部分应该都是由这种电中性的粒子构成，好比那些中性氢云。然而后来的观测数据表明，如今宇宙中的物质绝大部分都不是电中性的，而是类似等离子体，处于被电离的状态。意思就是：宇宙中这些氢原子本来好好的，但是后来不知道哪来的高能辐射，直接把这些原子的核外电子给打飞了，这个过程被称为宇宙的“再电离（Reionization）”。
根据宇宙学标准模子，这一时期恰巧也是宇宙中第一批恒星和星系诞生的时间。宇宙的首批恒星被称为“第三星族星”，它们的质量往往非常巨大，通常可以达到几十甚至几百倍太阳质量。这些恒星虽然寿命不长，但它们能以极紫外光的形式释放出大量能量。当这些高能辐射撞击到附近的氢原子时，氢原子的核外电子就很容易被打飞。数亿年后，当宇宙中几乎所有的氢都被电离后，宇宙的再电离时代也就竣事了（这里单指氢的再电离）。
但是这个说法重要针对的是恒星附近的物质，所以它只能解释星系内的“星际介质（Interstellar medium, ISM）”是如何被电离的，无法解释星系间的“星系际介质（intergalactic medium, IGM）”如何被电离。所以，除了首批恒星外宇宙中应该还有其他能量源。
好比之前曾认为，类星体作为活泼星系核，它产生的辐射极其高能，有没有可能它才是促使宇宙再电离的头等功臣。然而问题在于，那时的宇宙中类星体的密度着实有点过于稀疏，所以类星体实在也很难担此重任。就这样，关于再电离的成因成为了困扰天文学界的一大谜团。
转机出现在今年的年初（2024年2月），当时一篇发表于《自然》杂志的文章中，天文学家发现导致宇宙再电离的重要原因应该是此前一直被忽略的矮星系。
由于个头矮小，发光能力有限，矮星系看起来通常十分暗淡。如今，借助JWST研究职员发现，这些“小家伙”的数量远比此前想的要多。这样一来，虽然单个矮星系的辐射能量有限，但架不住人家数量多，整体辐射量依然可观，主打一个“量大管饱”。所以，矮星系目前被认为是导致宇宙再电离的最重要原因。
不管怎样，这些解释既符合观测结果也与标准模子的预测基本一致。它们都表明，宇宙的再电离过程一直持续到大爆炸后约莫10亿年才竣事。那开头说的“JWST观测结果与理论冲突”是怎么回事呢？
就在9月份（2024年），一篇发表在《皇家天文学会月刊：快报》上的文章中，研究团队基于JWST的观测结果，计算了包括暗淡矮星系在内古老星系的辐射泄露量，他们发现这些星系泄暴露的高能光子比先前哈勃和斯皮策望远镜观测到的要多得多。如果按现在这个量来算，它足以让宇宙提前3.5~4.5亿年就完成电离。也就是说，矮星系的辐射量不但够，而且过剩。哎，人家不但量大管饱，还能让你提前吃饱。
那这次的结果是准确的吗？刚才说了，之前无论是理论预测，还是对类星体光谱的实际观测，甚至是在宇宙微波背景的一些特性方面，这些数据之间都是能够相互印证的。所以这次JWST数据得出的这个结果，里面肯定存在什么问题。
目前研究职员提出了一种可能，就是电离后的质子和自由电子可能由于某些原因它们又重新进行过配对，再次形成了中性的氢原子，这个过程被称为“重组（recombination）”。甚至有一些原子它们的重组过程可能发生过不止一次，或许正是这种重组拖延了整个再电离过程。
不过该观点目前还有待进一步验证，尤其是针对重组速率的量化计算。倘若它真是再电离理论中缺失的一环，那这将对我们理解宇宙的演化至关重要。
[1] Valade, A., Libeskind, N.I., Pomarède, D. et al. Identification of basins of attraction in the local Universe. Nat Astron (2024).
[2] Julian B Muoz, Jordan Mirocha. et al. Reionization after JWST: a photon budget crisis?. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. 535(1) 37-L43 (2024).
[3] S. Mascia, L. Pentericci. et al. Closing in on the sources of cosmic reionization: First results from the GLASS-JWST program. Astronomy & Astrophysics(A&A). 672, A155 (2023).
[4] Atek, H., Labbé, I., Furtak, L.J. et al. Most of the photons that reionized the Universe came from dwarf galaxies. Nature 626, 975–978 (2024).
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来源：https://view.inews.qq.com/k/20241105A01IW600
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