詹姆斯韦伯空间望远镜 (JWST) 的观测正在颠覆我们对宇宙早期结构的理解。虽然单个星系形成得很快，但理论模型曾认为像星系团这样的大型结构需要数十亿年才能演化成熟。然而，最新发现的原始星系团 JADES-ID1，不仅在宇宙大爆炸后仅10亿年就聚集了66个星系，还首次探测到了标志其成熟度的热X射线气体。这一发现表明，宇宙结构的形成速度远超预期，对现有的暗物质和宇宙演化模型构成了重大挑战。
从哈勃到韦伯：宇宙的新画卷
哈勃空间望远镜向我们展示了宇宙的静态深空图像，而其继任者 JWST 则揭示了宇宙是如何“成长”的。通过观测更遥远、更早期的天体，JWST 让我们得以一窥宇宙结构的形成过程。
- 星系形成惊人地快：JWST 观测到已知最远的星系 MoM-z14，它诞生于宇宙大爆炸后仅 2.82亿年，这证明了星系可以迅速形成和壮大。
- 星系团的形成更慢：相比之下，像 MACS J1149.5+223 这样的巨型星系团，通常被认为需要数十亿年的时间来演化，因为它们需要巨大的引力将众多星系聚集在一起。
传统理论和模拟预测，成熟的星系团应该在宇宙诞生后 20-30 亿年才会出现。
寻找宇宙最早的“建筑工地”
在成熟的星系团形成之前，存在着被称为 “原始星系团” (protoclusters) 的结构，它们是正在形成中的星系团。天文学家一直在努力寻找这些宇宙早期的“建筑工地”。
- 早期的发现：2019年，科学家发现了 z66OD 和 z57OD 等原始星系团，它们分别存在于大爆炸后 8.3 亿年和 10 亿年。
- JWST 的突破：2023年，JWST 发现了 A2744z7p9OD，它由7个明亮星系组成，时间点更是推前到了大爆炸后仅 6.5 亿年，是当时已知的最年轻原始星系团。
然而，所有这些早期的原始星系团都缺少一个关键特征：热X射线气体。这种气体是星系团因引力坍缩和星系间相互作用而被加热的标志，是结构趋于成熟的证据。
JADES-ID1：改变游戏规则的发现
对原始星系团 JADES-ID1 的发现彻底改变了这一局面。这个结构位于大爆炸后约 10 亿年的宇宙中，其重要性体现在两个方面：
- 巨大的规模：天文学家在其中识别出了多达 66 个潜在的成员星系。
- 关键的证据：美国宇航局的钱德拉X射线天文台首次在如此早期的原始星系团中，探测到了与星系成员相关的 弥散的热X射线气体。
这次探测是宇宙中星系团内部气体被加热和达到引力平衡状态（即“维里化”）的 最早证据。
这个发现意味着，一个包含数万亿倍太阳质量的、相当成熟的结构，在宇宙还非常年轻的时候就已经存在了。这种现象在标准宇宙模型中极为罕见，它表明我们可能需要重新审视宇宙大尺度结构的形成速度以及暗物质在其中扮演的角色。宇宙的“成长”速度，远比我们想象的要快。