星系团中心的“热浪”：XRISM 揭示气体不冷却的原因

IT之家 3 月 10 日消息，科技媒体 scitechdaily 昨日（3 月 9 日）发布博文，报道称 XRISM 项目通过其先进的 X 射线光谱仪，首次在 Centaurus 星系团中心探测到高温气体的振荡运动。

这一发现揭示了星系团通过碰撞和合并演化的过程，并解决了长期困扰天文学家的谜题：为何星系团中心的气体无法冷却。XRISM 的观测为宇宙历史提供了新的见解。

图 1：基于 XRISM 观测和其他观测绘制的半人马座星系团中心示意图。蓝色表示高温气体，白色表示星系，红棕色表示低温气体。图片来源：JAXA

星系团是宇宙中最大的结构之一，由数百甚至数千个星系组成，通过暗物质的引力束缚在一起。星系团中的气体被加热至数千万度，发出强烈的 X 射线。

天文学家长期以来推测，星系团通过反复的碰撞和合并增长，但直接证据一直难以捕捉，XRISM 的研究首次提供了这一过程的明确证据。

理论上，星系团中心的 X 射线辐射会导致周围气体逐渐冷却，但观测显示气体温度依然极高。XRISM 的观测表明，气体的振荡运动阻止了冷却过程。这种“晃动”现象是由过去的星系团碰撞引发的，持续搅动气体，维持其高温状态。

IT之家注：XRISM 全称为 X 射线成像和光谱任务，是一项由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）主导，与美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的 X 射线空间望远镜任务。该任务旨在研究宇宙中的高温等离子体、星系团、星系核的流出物以及暗物质等天体现象。

图源：JAXA

XRISM 搭载了两台主要仪器：Resolve 和 Xtend。Resolve 是一台软 X 射线光谱仪，能够提供高分辨率的 X 射线光谱数据，而 Xtend 则是一台 X 射线成像仪，用于捕捉天体的 X 射线图像。

相比较传统天文观测设备，X 射线光谱仪 Resolve 能量分辨率高 30 倍，因此精确测量了 Centaurus 星系团中心气体的运动速度。

图 2：由 XRISM 上的 Resolve 拍摄的半人马座星系团中心区域的 X 射线光谱。背景是钱德拉 X 射线天文台拍摄的同一区域的图像。图片来源：JAXA。

观测显示，气体以每秒 130 至 310 公里的速度向地球方向流动，这种运动模式与数值模拟结果一致，证实了星系团碰撞对气体运动的长期影响。

图 3：基于 XRISM 观测得出的高温气体流动解释。星系 NGC 4696 位于半人马座星系团的中心。图源：JAXA。

XRISM 的研究不仅揭示了星系团的演化机制，还为理解宇宙大尺度结构的形成提供了关键线索，通过观测和抓拍高温气体的动态细节，这项研究标志着我们对宇宙演化认知的重大飞跃。

图 4：展示星系团中心高温气体晃动机制的示意图。图源：JAXA