不寻常的星系团是在混沌的早期宇宙中的一座宁静之岛

By Robert Lea

2023/7/26

Science & Astronomy

由钱德拉X射线天文台发现的一个年轻的星系团可能已经在星系兄弟姐妹之前获得了一个“放松的”起头。

被美国宇航局钱德拉X射线天文台（蓝色）和美国宇航局哈勃太空望远镜（青色和橙色）看到的SPT2215。(Image credit: X-ray: NASA/CXC/MIT/M. Calzadilla; UV/Optical/Near-IR/IR: NASA/STScI/HST; Image processing: N. Wolk)

天文学家已经发现了一个似乎在暴力和混乱的早期宇宙中是一个平静和安宁的虚拟的岛屿的星系团。

这个星系团被视为当现在138亿岁老的宇宙只是53亿岁老时的样子。当时宇宙中的条件普遍的动荡的，那时宇宙、星系团------高达数百个星系的聚集体，它们之间交织着气体、尘埃和暗物质------频繁的受到碰撞和合并。这些剧烈相互作用的历史能被通过检测被团簇中热气体发射的X射线跟踪。研究这些X射线已经向科学家揭示，虽然碰撞频繁的破坏这些星系团，但它们也促进了它们的生长。这意味着观测在早期宇宙历史中存在的这种星系聚集体在理解这个宇宙如何演化中是至关重要的。
    然而，SPT2215似乎陷落这一趋势，代表似乎当与同时存在于宇宙中的相同大小的类似星系团相比时在它的形成上获得了一个起头的一个星系团。SPT2215的质量约为太阳的700万亿倍，被估计在天文学家正在观望它时它一直“放松”了大约十亿年。

2020年发现该星系团的团队的一员也是美国能源部阿贡国家实验室研究员的林赛·布莱姆（Lindsey Bleem）在一份声明中说，“这个星系团如此大质量、在宇宙中如此之早的事实提示一个真的令人兴奋、快速的形成历史，然而，它被放松的事实提示相反的。这就像在晚餐高峰期找到一个整洁的厨房一样”。

SPT2215被用美国宇航局的航天局现已退役的斯皮策太空望远镜、钱德拉X射线天文台、国家科学基金会/能源部的南极望远镜以及智利的暗能量调查项目发现。

除了它的“放松的性质”之外，这一发现背后的天文学家还注意到了关于这个星系团的其他特征，包括位于它的中心的超大质量黑洞。

 一个令人寒颤的超大质量黑洞

位于SPT2215星系团中心的是一个超大质量黑洞，有一个反映它的更宽环境的放松的电颤琴。虽然，这个宇宙巨人的安静性质重大的影响它的宿主星系。

当超大质量黑洞是活跃时，以一个叫一个吸积盘的薄的、圆形结构吃食围绕它们的物质。整个区域发射一个巨大量的能量，那个能量加热星系气体和尘埃，从而防止物质结块。 在反过来的一面，当黑洞是不活跃时，气体和尘埃能冷却和一起聚集，形成能坍塌并诞生恒星的大的“团块”。

这是被钱德拉看到的SPT2215与大多数松弛星系团不同的另一种方式，大多数星系团有活跃的黑洞阻止气体冷却，从而在恒星形成上戴上一顶帽子。 

SPT2215的中心星系也因它的与星系团中其他星系的隔离是值得注意的。大约60万光年它周围没有明亮或细长的星系。这是重要的，因为它隐含SPT2215至少十亿年没有与另一个星系团合并。

这个星系团怎样在大爆炸后仅53亿年变成放松的而其他星系团正在一起撞击并经历动荡的增长仍然相当是一个秘密。但尽管这一观测结果令人费解的性质，但它确实符合来自詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）最近的一些发现，这些发现表明在年轻的宇宙中意外的形成和成熟了大量的星系。

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总有一天，这些放松的早期星系的观测可能在理解一个紧迫的宇宙秘密中是关键。它们可以帮助科学家测量宇宙的膨胀和暗能量的影响，暗能量是一种加速膨胀的秘密的力。

斯坦福大学研究员亚当·曼茨（Adam Mantz）说，“像SPT2215这样的放松的星系团是已经被用于测量宇宙膨胀的路标之一”，他在2022年首次使用钱德拉数据报告了SPT2215的放松的状态。“将像这样的遥远天体添加到我们的放松的星系团样本允许我们来更好约束宇宙膨胀的加速以及驱动它的暗能量的属性”。

描述SPT2215的最新论文发表在 the Astrophysical Journal上。