天文学家破解星系团拥有无尽热量背后的谜团

观测半人马座星系团的科学家取得了令人兴奋的突破，他们发现其核心中存在强大的热气流。他们利用先进的 XRISM 卫星证明这些气流是由巨大星系团之间的剧烈碰撞产生的，导致星系团内部出现气体剧烈晃动。

艺术家对半人马座星系团中心的印象图。蓝色表示巨大的热气体流，白色表示星系，红褐色表示冷气体。图片来源：JAXA

这一发现最终解决了数十年来的一个宇宙之谜：星系团中心的气体如何在不断损失能量的情况下保持极高的温度。这些见解让我们得以一窥塑造我们不断演化的宇宙的激烈相互作用。

XRISM 合作项目发现了半人马座星系团核心内的热气体流动。研究人员利用 XRISM 卫星的先进 X 射线测量结果并将其与详细的数值模拟进行比较，证实这些气体运动是由星系团之间的碰撞引起的，导致星系团内的气体“晃动”。这一发现解决了星系团核心如何保持高温的长期谜团，并为我们的宇宙的持续演化提供了新的见解。

星系间热气体的“晃动”。星系团之间的碰撞对星系团内介质产生“晃动”效应，造成大量气体流动，导致星系团内容振荡。图片来源：JAXA

天文学家长期以来一直认为，星系和星系团（主要由暗物质结合在一起的巨大结构）之间的强大引力通过合并和碰撞推动其增长。然而，此前一直缺乏直接的观测证据。

现在，国际XRISM（X 射线成像和光谱任务）合作提供了这一证据。该团队利用日本宇宙航空研究开发机构( JAXA ) 于 2023 年发射的 XRISM 卫星研究了半人马座星系团。该卫星的机载仪器 Resolve 在 X 射线光谱方面提供了前所未有的精度，使天文学家能够准确测量气体速度并确认这些突破性的结果。

XRISM 测量示意图。星系团中心的 NGC 4696 星系被我们视线两侧不同的气流所包围。来源：JAXA

通过观察半人马座星系团的核心，包括中央星系 NGC 4696，他们首次发现在地球视线范围内有一股热气体以每秒 130 至 310 公里的速度流动。他们还绘制了远离中心位置的速度变化图。

由东京都立大学藤田丰教授和高能加速器研究组织佐藤浩介副教授领导的研究小组通过与模拟结果进行比较，发现这与与其他星系团碰撞引起的热气体（也称为星系团内介质 (ICM)）的“晃动”相一致。这是此类“晃动”的第一个直接证据，证实了长期以来假设的宇宙演化图景。

使用 XRISM Resolve 光谱仪测量的半人马座星系团的 X 射线光谱。XRISM 卫星上的光谱仪可以以无与伦比的分辨率区分峰值。图片来源：JAXA

它还解决了天文学家长期未解之谜，即如此明亮的 X 射线气体如何保持高温。理论上，如此强烈的辐射应该会导致能量损失，从而导致气体冷却；这被称为辐射冷却。这种冷却发生的时间比星团的年龄要短，但迄今为止的观察表明，气体以某种方式保持了高温。这些新发现为这个问题提供了一个巧妙的解决方案。如果星团核心的气体能够“晃动”，即大量气体在中心周围来回流动，能量就可以通过混合过程传输到核心，使气体保持高温，并使辐射保持明亮。该团队的突破性成果现已发表在科学期刊《自然》上。

这些前所未有的精确测量是我们对星系团形成和演化的理解的重大飞跃。XRISM 任务还有几年时间，天体物理学界热切期待对宇宙变化性质的更多洞察。

编译自/ScitechDaily