在宇宙僅20億歲時，一條由20個星系串聯、跨越1300萬光年的巨型鏈條悄然成型，宛如宇宙的生命之藤。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）新近發現這一結構，被命名為「宇宙藤蔓」（Cosmic Vine），可能是星系團——宇宙中最大引力結構的種子。這一發現不僅揭示了早期宇宙的宏偉藍圖，還挑戰了我們對星系團形成和星系熄火機制的傳統認知，為解碼宇宙演化史提供了關鍵線索。

●從紅移中回溯宇宙時光機

這個發現源于對大熊座一個叫Extended Groth Strip天區的深入觀測。JWST自2022年夏天開始傳輸數據以來，就不斷顛覆我們對早期宇宙的理解。這次，由丹麥宇宙黎明中心（Cosmic Dawn Center）科學家Shuowen Jin領導的研究團隊，在該區域發現了一個延伸約400萬秒差距（pMpc，1秒差距約3.26光年）的細長結構，寬僅20萬秒差距，卻聚集了20個光譜紅移確認的星系，外加約200個候選成員，形成六個明顯的過密區。

為什么說這是早期宇宙？關鍵在于紅移（redshift）：光從遙遠星系出發，穿越膨脹的宇宙時，波長被拉長，向電磁譜的紅色端移動。紅移值z=3.44意味著，這些光旅行了約120億年才抵達我們——相當于窺視宇宙只有13.8億年歷史的20億歲模樣！JWST專為紅外觀測設計，正是為了捕捉這些被「拉紅」的古老光芒。團隊估算，這個宇宙藤蔓的總質量相當于2600億個太陽，形狀細長且不平衡，暗示它正處于動態演化中，還沒達到穩定狀態（virialized，非平衡狀態下星系間引力未完全平衡）。

更形象點說，這就像一串葡萄藤蔓在宇宙的溫室中生長：星系們通過引力相互吸引，逐漸聚合成更大的結構。論文作者們在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）預印本中指出，這樣的巨型鏈條比以往在早期宇宙發現的原星系團（proto-clusters）更大、更稀有，為研究宇宙從混沌到有序的演化提供了獨特窗口。

●兩大寧靜巨人的謎團

▲宇宙藤蔓中最引人注目的是兩個最重的星系——A和E。　它們質量約10^10.9太陽質量（相當于上千億顆恒星），卻異常安靜：每年新形成的恒星僅相當于半個太陽的質量！在天文學中，這樣的星系被稱為「寧靜的」（quiescent），因為它們耗盡了制造恒星的原料——氣體和塵埃，就像一棵老樹不再開花結果。

有趣的是，這兩個巨人已有現代星系的特征：中央凸起主導形態，類似于我們銀河系的中年模樣。星系A位于藤蔓最密集的核心，顯示出潮汐尾巴（tidal tail，星系合并時拉出的物質流），暗示經歷過劇烈碰撞，導致短暫的星暴（starburst，爆發式恒星形成）后迅速耗盡燃料。星系E則更孤立，譜線顯示可能有活動星系核（AGN，黑洞吞噬物質時釋放能量）跡象，但它的恒星形成速率低到令人驚訝。

這些發現顛覆了傳統觀點。過去認為，寧靜星系主要在成熟的星系團核心形成，通過環境淬滅（environmental quenching，如氣體剝離）停止造星。但宇宙藤蔓還遠未成熟——它的核心暗物質暈（halo，一種由暗物質構成的引力結構）質量僅約50萬億個太陽質量，遠低于典型星系團的千萬億太陽質量規模（10^14太陽質量）。這表明，早期宇宙中，合并引發的星暴或活動星系核反饋就能獨立關閉星系的造星工廠，而無需等待集群完全成型。研究團隊模擬顯示，這個結構未來可能成長為一個質量超10^14太陽質量的集群，A和E很可能成為其最亮的中央星系（BCGs，星系團中質量最大、亮度最高的星系，通常位于星系團核心位置，堪稱星系團的心臟）。

●現實比理論更安靜

更令人興奮的是，這個發現戳中了宇宙模擬模型的痛點。研究者對比了TNG300模擬（一個大型宇宙演化模型），發現模擬中的早期中央星系的恒星形成速率比觀測高出一到兩個數量級！為什么？可能因為模擬低估了合并或AGN的淬滅效率，或者忽略了短暫的復興階段。論文呼吁更多高紅移樣本與專用模擬作比較，如Cluster-EAGLE，中文全稱星系團中星系的演化與組裝，由英國杜倫大學等國際團隊于2015年啟動，使用超級計算機追蹤宇宙中星系的形成與演化，與韋伯太空望遠鏡等觀測工具互補，解答星系團何時、何地、何因成熟。

就像探險家在亞馬遜發現新物種，新發現的藤蔓讓我們看到宇宙生態系統如何從種子成長為森林。它不僅揭示了星系團的起源，還暗示早期宇宙比我們想象的更活躍更多樣。未來，團隊計劃調查更多類似寧靜星系，推動我們理解13.8億年宇宙史的拼圖。JWST的紅外魔力正持續點亮宇宙的黑暗角落——下一個驚喜，會是什么呢？

關鍵信息索引：

Cosmic Vine: A z=3.44 large-scale structure hosting massive quiescent galaxies

“Cosmic vine” discovered by the James Webb Space Telescope