詹姆斯韦伯望远镜揭示远古暗物质密集星系团：中心质量异常集中，直接挑战标准宇宙学模型，天文学家认为或改写宇宙演化史

2026年10月13日，据ScienceDaily报道，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一个暗物质密集星系团——XLSSC 122，其中心区域暗物质密度远超理论预期，对现有宇宙演化模型构成直接挑战。该星系团距离地球约104亿光年，正处于“宇宙正午”时期，相关成果已在2026年6月17日美国天文学会第248次会议上公布。

韦伯望远镜揭开远古星系团真容

这个暗物质密集星系团最初于2014年由欧洲航天局XMM-Newton卫星的X射线巡天发现，随后哈勃太空望远镜测得距离约104亿光年，并显示其结构异常成熟。当它成熟得像现代宇宙中的天体时，出现在宇宙正午时期就显得很不寻常。韦伯望远镜于2026年捕捉到该星系团周围出现弯曲的弧光，这是强引力透镜的确凿证据。加州理工IPAC的科学家凯尔·芬纳表示：“当我们拿到韦伯第一批图像时，我们惊叹：‘看，这个星系团出现了强引力透镜效应！’”这一现象使XLSSC 122成为已知最远的强引力透镜星系团。来自IPAC的官方新闻稿证实了这一记录。

强引力透镜如何测量不可见暗物质

强引力透镜是爱因斯坦广义相对论预言的现象：前景天体（如星系团）的引力会弯曲背景星系发出的光，产生放大、扭曲甚至多重影像。由于暗物质占星系团质量的绝大部分，其分布决定了透镜效应的强度。科学家估计，暗物质总量约为普通物质的5倍，而普通物质仅占宇宙总质能的一小部分。XLSSC 122的透镜效应显示，其核心区域被异常多的质量占据，这与标准宇宙模型中大型结构应缓慢增长的预测不符。芬纳表示：“强引力透镜让我们在不直接看到暗物质的情况下测量它的分布，这为检验宇宙学模型提供了灵敏的探针。”相关论文发表于《天体物理学期刊快报》，第一作者为芬纳。

三篇研究论文构建完整图景

围绕XLSSC 122，研究团队在《天体物理学期刊快报》连续发表三篇论文，第一作者分别为凯尔·芬纳、扎卡里·斯科菲尔德和玄镇珠。三篇论文分别聚焦强引力透镜、弱引力透镜和星系团内光，下表概括了三项研究的不同侧面：

三项研究互相补充，首次在“宇宙正午”时期完整呈现一个星系团的暗物质分布、动力学状态和恒星弥散特征。芬纳表示：“XLSSC 122是已知最早形成的星系团之一，其质量集中的程度与我们的宇宙学模型预测不一致。”该系列论文于2025年至2026年间陆续发表，已引发学界广泛关注。

合并中的星系团与弱引力透镜证据

第二篇论文借助弱引力透镜技术，分析背景星系形状的细微变化。与强引力透镜产生明显弧线不同，弱引力透镜需要统计大量星系的形状扭曲才能推测质量分布。结合X射线和射电观测，团队确认XLSSC 122正处于星系团合并阶段：构成星系团的星系仍在聚拢，尚未形成稳定的整体。芬纳解释：“弱引力透镜能约束更远外围的质量，让你看到整个星系团区域的更完整图像。”合并状态解释了部分星系团内光的蔓延，也加剧了核心质量的集中程度。这项研究由扎卡里·斯科菲尔德担任第一作者，论文推断该星系团在“宇宙正午”时期经历了快速的质量增长。

星系团内光：追踪暗物质的新线索

第三篇论文最引人注目的是探测到迄今最早的星系团内光。这些微弱的星光来自被引力剥离出原星系的恒星，它们弥散在星系团内部空间。韦伯望远镜显示，XLSSC 122中这些流浪恒星并未完全沉降到核心区域，而分布形态与强引力透镜推断出的暗物质分布高度吻合。芬纳说：“在这个星系团中，星系团内光基本上勾勒出了暗物质的分布。”这意味着，天文学家或许可以通过观测星系团内光，间接绘制暗物质图谱。此前，要测量暗物质必须依赖引力透镜的复杂计算，如今一种可见的示踪物可能成为快捷方式。该发现为研究早期星系团形成提供了全新手段。

搜索更多远古星系团检验宇宙模型

下一步，团队计划利用苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应，在宇宙微波背景辐射中寻找星系团留下的“空洞”，从而搜寻更多类似XLSSC 122的远古天体。由于韦伯望远镜视野狭窄，前期普查仍依赖宽场X射线和射电巡天。如果未来发现数十甚至数百个同样暗物质密集的远古星系团，现行宇宙学模型将面临重大修订。芬纳说：“韦伯时代才刚刚开始，如果我们能获得数十或数百个这类天体的数据，就能真正检验宇宙学模型。”目前，XLSSC 122已是检验标准的罕见样本，但样本量仍是关键。

Q1: 为什么XLSSC 122的暗物质密集程度让科学家惊讶？

A1: 因为该星系团出现于宇宙约138亿年历史中靠前的“宇宙正午”阶段（约100亿年前），当时大型结构仍处于形成初期。标准宇宙学模型预测质量增长应相对平缓，而XLSSC 122核心质量高度集中，与模型预测不符，可能意味着星系团形成速度比预期更快。

Q2: 星系团内光如何帮助研究暗物质？

A2: 韦伯望远镜的观测显示，在XLSSC 122中心，星系团内光的形态与强引力透镜推算出的暗物质分布几乎一致。这种弥散星光可能成为暗物质的可见示踪剂，使天文学家无需复杂透镜计算，也能初步定位暗物质集中的区域。

暗物质密集星系团XLSSC 122无疑为宇宙演化研究打开了一扇新窗口。它用实际观测提醒人们，宇宙早期结构的形成可能比模型想象得更快、更复杂。随着韦伯望远镜继续搜索更多类似天体，我们有望在数年内获得足够样本，彻底检验并可能改写现有宇宙学理论。