天文学家利用大规模光谱观测数据，首次在大尺度、高精度条件下对早期宇宙中微弱结构进行三维成图，揭示出此前望远镜难以直接探测的星系与星际气体分布。

这项研究基于麦克唐纳天文台霍比-埃伯利望远镜（Hobby-Eberly Telescope）暗能量实验（HETDEX）获取的光谱数据，聚焦于宇宙约在9至11亿年前的状态。研究团队通过氢原子在莱曼α波段的发射，绘制出该时期激发氢的分布与浓度图，并在此基础上构建出三维结构示意。

研究配图显示，部分宇宙区域的莱曼α线强度分布中，星形标记为HETDEX已探测到的星系位置，插图则模拟了在放大并去除背景噪声后显现出的精细结构。这些图像由马克斯·普朗克天体物理研究所、HETDEX项目团队及斯坦福大学研究人员联合制作。

马克斯·普朗克天体物理研究所及慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的天文学家、HETDEX成员Maja Lujan Niemeyer表示，观测早期宇宙有助于了解星系如何演化为今天的形态，以及星际气体在这一过程中的作用。但她指出，由于距离极为遥远，这一时期的大量天体极其微弱，长期以来难以被直接观测到。

为应对这一难题，团队采用了“线强度映射”（line intensity mapping）技术，将众多微弱天体的集体辐射信号加以统计和成图，从而在整体上呈现出早期宇宙的结构形态。研究人员称，线强度映射本身并非全新方法，但此次是首次在如此大规模且高精度的数据集上，用于绘制莱曼α发射的空间分布。

HETDEX项目的主要科学目标是研究暗能量。该项目利用霍比-埃伯利望远镜绘制了超过一百万个明亮星系的位置，其独特之处在于累计获取了逾6亿条光谱数据，覆盖的天空面积相当于2000多个满月的视大小。

德克萨斯大学奥斯汀分校天文学家、HETDEX首席研究员Karl Gebhardt介绍，当前分析仅使用了约5%的已收集数据，其余数据在开展额外研究方面仍具有巨大潜力。Niemeyer指出，HETDEX会对视场内所有天体进行观测，但只有极少部分数据与项目所需的、足够明亮的星系直接相关，而这些星系只是“冰山一角”，在看似空旷的区域中还存在一片由微弱光源构成的“光之海洋”。

在具体技术路径上，研究团队首先利用德克萨斯高级计算中心的超级计算机，对约半拍字节的HETDEX观测数据进行筛选与处理。随后，他们以HETDEX已识别的明亮星系位置为参照，推算这些星系周围更暗星系及发光气体的分布。

马克斯·普朗克天体物理研究所的HETDEX科学家Eiichiro Komatsu解释称，由于引力会促使物质聚集，在一个明亮星系附近，通常还会存在其他天体。研究人员据此将这些明亮星系视作“标志”，用来推断更暗天体的距离和空间分布。通过这种方法，最终生成的三维地图不仅使明亮星系周边区域的结构更加清晰，也为其间原本难以分辨的空间增添了细节。

Komatsu表示，天文学界此前已拥有这一时期宇宙的计算机模拟，但这些毕竟是理论模型。借助此次获得的观测结果，研究人员可以据此检验相关模拟中所采用的部分天体物理过程是否与真实宇宙相符。

相关研究成果已于2026年3月3日发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal），论文题为《HETDEX中的莱曼α强度映射：星系-莱曼α强度交叉功率谱》（Lyman-α Intensity Mapping in HETDEX: Galaxy–Lyman-α Intensity Cross Power Spectrum），文章编号为999, 177，DOI为10.3847/1538-4357/ae3a98。