国际科学家团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了有史以来最大的最详细的宇宙地图，揭示了几乎800,000个星系，追溯到几乎宇宙起源的时刻。COSMOS-Web项目不仅挑战了人们对早期宇宙中星系形成的长期信念，还意外地揭示了比预期多十倍的星系，以及哈勃望远镜看不到的超大质量黑洞。
为了开放科学的名义，跨国科学合作项目COSMOS于周四发布了宇宙最大地图背后的数据。这个被称为COSMOS-Web场的项目，是使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）收集的数据构建的，包含了几乎所有宇宙时空的影像和近800,000个星系的目录。这挑战了现有对幼年宇宙的认知。
加州大学圣巴巴拉分校的物理教授凯特琳·凯西（Caitlin Casey）说：“我们的目标是构建一个在物理尺度上远超以往的深场。”她与罗切斯特理工学院的杰汉·卡塔尔特佩（Jeyhan Kartaltepe）共同领导COSMOS-Web合作。“如果你有一张哈勃超深场的打印件在标准纸张上，”她说，指的是2004年美国国家航空航天局发布的近10,000个星系的标志性视图，“我们的图像略大于一个13英尺乘13英尺的壁画，深度相同。所以它真的很壮观。”
COSMOS-Web的合成图像可以追溯到大约135亿年前；根据NASA的数据，宇宙大约有138亿年的历史，误差在一亿年之内。这涵盖了大约98%的宇宙时间。研究人员的目标不仅是看到时间最初阶段中一些最有趣的星系，而且是看到早期宇宙中存在的更广泛的宇宙环境，在首批恒星、星系和黑洞形成期间。
凯西解释道：“宇宙是由密集区域和空隙组织的。我们想超越寻找最遥远星系，我们想获得它们所处的更广泛背景。”
“一个‘大惊喜’”
结果发现这是一个多么神秘的宇宙邻里。凯西说，在JWST启动之前，她与其他天文学家做出了最佳预测，关于这个空间望远镜能够看到多少更多的星系，考虑到它6.5米（21英尺）直径的光收集主镜，比哈勃的2.4米（7英尺10英寸）直径的镜子大约六倍。她表示，哈勃的最佳测量表明，前5亿年内的星系将是非常稀少的。
“这有道理——大爆炸发生后，事物需要时间进行引力坍缩和形成，还需要时间让恒星亮起。与此相关的是一个时间尺度，”凯西解释道。“而最大的惊喜是，通过JWST，我们在这些令人难以置信的距离中看到了大约十倍于预期的星系。我们还看到了哈勃无法看到的超大质量黑洞。”她补充道，他们不仅在看到更多，还在看到不同类型的星系和黑洞。
“许多未解之谜”
虽然COSMOS-Web的图像和目录回答了天文学家们对早期宇宙的许多问题，但它们也引发了更多问题。
凯西说：“自望远镜启动以来，我们一直在想‘这些JWST数据集是否打破了宇宙学模型？因为宇宙在太早时产生了过多的光；它只有大约4亿年的时间来形成约十亿太阳质量的星星。我们不知道如何做到这一点。’所以，很多细节需要解开，还有许多未解之谜。”
在向公众发布数据时，期望来自世界各地的其他天文学家利用这些数据，进一步完善我们对早期宇宙如何 populated 以及一切如何演变至今的理解。该数据集还可能为其他宇宙杰出谜团提供线索，例如暗物质和早期宇宙物理学，该物理学可能与我们今天所知不同。
凯西表示：“这个项目的一个重要部分是科学的民主化，使最佳望远镜的数据和工具能够供更广泛的社区使用。”数据几乎在收集后立即公开，但仅以原始形式发布，仅对那些具备专业技术知识和超级计算机访问权限的人有用。COSMOS合作团队在过去两年中不懈努力，将原始数据转换为广泛可用的图像和目录。在创建这些产品并发布它们时，研究人员希望即使是本科生天文学家也能深入材料并学习新知识。
凯西说：“因为真正的最佳科学是在每个人对同一数据集有不同看法的时候完成的。” “这不仅仅是一个小组找到谜团的事情。”
对于COSMOS合作团队来说，探索仍在继续。他们已返回深场，以进一步绘制和研究它。
她说：“我们还有更多的数据收集即将到来。我们认为我们已经识别出图像中的最早星系，但我们需要验证这一点。”为此，他们将使用光谱学，将来自星系的光分解成棱镜，以确认这些源的距离（更远=更老）。“作为副产品，”凯西补充道，“我们将通过追踪氮、碳和氧来了解这些系统中的星际化学。还有很多东西要学习，我们才刚刚开始探索表面。”
COSMOS-Web图像可以互动浏览；随附的科学论文已提交给《天体物理学杂志》和《天文学与天体物理学》。
