天文學(xué)家近日利用“霍比－埃伯利望遠(yuǎn)鏡暗能量巡天項(xiàng)目”（HETDEX）繪制出迄今最精細(xì)的三維氫輻射分布圖，首次在約一百億年前的宇宙中勾勒出一張由星系與氣體交織而成的“隱藏宇宙之網(wǎng)”。 這張地圖追蹤的是氫原子在吸收鄰近恒星能量后發(fā)出的萊曼α譜線(xiàn)光，其時(shí)間跨度覆蓋宇宙距今約90億至110億年的演化歷程。

萊曼α輻射通常在恒星形成活躍區(qū)域尤為強(qiáng)烈，因此長(zhǎng)期以來(lái)是尋找早期明亮星系的重要線(xiàn)索，但發(fā)出同樣信號(hào)的大量暗弱星系和彌散氣體云位置一直難以鎖定。 負(fù)責(zé)此次制圖工作的赫特德克斯團(tuán)隊(duì)成員、德國(guó)馬普天體物理研究所的瑪雅·盧漢·尼邁耶表示，觀(guān)測(cè)早期宇宙有助于理解星系如何演變成今天的模樣，以及星系間氣體在這一過(guò)程中的作用，但這些目標(biāo)距離極其遙遠(yuǎn)、亮度微弱，對(duì)觀(guān)測(cè)能力提出了巨大挑戰(zhàn)。

為探測(cè)這些此前“隱身”的來(lái)源，研究人員采用了“譜線(xiàn)強(qiáng)度映射”新方法，不再逐個(gè)辨認(rèn)單個(gè)星系，而是測(cè)量某種元素在大尺度空間中的總體輻射強(qiáng)度，從而一次性捕捉到無(wú)數(shù)暗弱目標(biāo)的累積輝光。 論文合著者、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校天文學(xué)家朱利安·穆尼奧斯形象地比喻稱(chēng)，傳統(tǒng)巡天就像在飛機(jī)上只標(biāo)出夜空中最亮的城市燈光，而強(qiáng)度映射則像隔著一扇“被抹花的窗戶(hù)”俯視大地，雖然圖像更模糊，卻記錄了所有光源，而非僅限最亮的那一部分。

此次工作是首次利用如此龐大的數(shù)據(jù)集，以高精度對(duì)萊曼α輻射進(jìn)行強(qiáng)度映射。 HETDEX項(xiàng)目依托麥克唐納天文臺(tái)的霍比－埃伯利望遠(yuǎn)鏡，原本旨在通過(guò)測(cè)量逾一百萬(wàn)個(gè)明亮星系的位置來(lái)研究暗能量，在這一過(guò)程中順帶積累了極其龐大的光譜資料——超過(guò)六億條光譜，覆蓋的天區(qū)面積相當(dāng)于兩千多輪滿(mǎn)月在天空中的總面積。 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、得州大學(xué)奧斯汀分校天文系主任卡爾·蓋布哈特指出，日?？茖W(xué)分析其實(shí)只使用了約5%的數(shù)據(jù)，其余大部分一直沉睡在硬盤(pán)中，蘊(yùn)含著巨大潛力。

尼邁耶強(qiáng)調(diào)，HETDEX在一片天區(qū)內(nèi)幾乎“見(jiàn)光就收”，但真正夠亮、能納入原始科學(xué)目標(biāo)樣本的星系只是冰山一角，更多的光隱藏在看似空無(wú)一物的背景之中。 為從海量原始觀(guān)測(cè)中“撈出”宇宙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)軟件，并借助德州高級(jí)計(jì)算中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)約半個(gè)PB的數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中處理。

研究團(tuán)隊(duì)隨后以既有的明亮星系目錄為“路標(biāo)”，推斷其周?chē)等跣窍岛桶l(fā)光氣體云的可能分布位置，因?yàn)橐?huì)把物質(zhì)拉攏到一起，明亮星系往往標(biāo)示著物質(zhì)高度集中的區(qū)域。 參與研究的馬普天體物理研究所科學(xué)主管小松英一郎表示，可以把這些已知星系看作標(biāo)樁，通過(guò)它們來(lái)估算暗弱源的距離與分布，最終得到的地圖不僅在亮星系周邊呈現(xiàn)出更清晰細(xì)節(jié)，也首次揭示了星系間原本“空白”地帶中豐富而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

此前天文學(xué)界已有關(guān)于這一時(shí)期宇宙演化的大量計(jì)算機(jī)模擬，但畢竟只是理論推演，此次獲得的實(shí)測(cè)宇宙網(wǎng)為檢驗(yàn)相關(guān)天體物理過(guò)程提供了堅(jiān)實(shí)基準(zhǔn)。 研究人員下一步計(jì)劃把這張氫萊曼α強(qiáng)度地圖與其他元素的巡天結(jié)果進(jìn)行交叉比對(duì)，例如圍繞恒星誕生區(qū)域的冷致密氣體常通過(guò)一氧化碳輻射顯現(xiàn)，相應(yīng)的強(qiáng)度映射有望揭示產(chǎn)生萊曼α輻射的年輕恒星所處環(huán)境的更多細(xì)節(jié)。

穆尼奧斯表示，這項(xiàng)工作首先是一項(xiàng)“首次探測(cè)”，本身就意義重大，同時(shí)也為利用強(qiáng)度映射手段系統(tǒng)勾勒宇宙開(kāi)辟了新道路。 他認(rèn)為，霍比－埃伯利望遠(yuǎn)鏡在這一領(lǐng)域扮演著先驅(qū)角色，隨著多種互補(bǔ)新儀器陸續(xù)投入使用，人類(lèi)或?qū)⒂瓉?lái)一個(gè)繪制宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的“黃金時(shí)代”。