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射线揭示在宏大和遥远的星系团中的秘密气体

(2024-07-27 16:17:19)

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杂谈

射线揭示在宏大和遥远的星系团中的秘密气体

By Keith Cooper

published 7 hours ago

Galaxies

这种气体是如此热在1000万到1亿摄氏度之间以致它在强大的X射线中辐射。

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星系团Abell 2390的合成可见光和X射线图像显示广袤的炽热、发射X射线的团内气体。(Image credit: ESA/XMM-Newton/Euclid/Euclid Consortium/NASA)

通过将一个巨大星系团的新图像与更旧的X射线数据相结合，欧洲航天局的科学家们已经展示了该星系团的星系多被宏大量的能达到1亿摄氏度（1.8亿华氏度）的气体弥漫。

由欧空局的被设计通过探测发生在星系团中的引力透镜来研究暗物质和暗能量的欧几里德使命最近成像了星系团Abell 2390。因为这些星团包含如此多的质量——高达值10万亿个太阳质量——它们能够弯曲围绕它们的空时织造，翘曲它到如此一个程度以至于来自背景中遥远星系的光变得被高度放大。宛如你正通过一个巨大的放大镜观察它们一样。如果我们放大Abell 2390的核，我们看到透镜效应是在它的最明显处，拉伸、翘曲和放大更数十亿光年远在外的其他星系的光。

不过，一个星系团的大部分质量并没有被发现在它的星系中。事实上，它们只不过贡献到该星团总质量的5%。最大的贡献者是在星系团中星系之间的热团内气体，这约占星系团质量的15%和形成一个高达80%的Abell 2390的大块的不可见的暗物质。

虽然我们能从引力透镜的程度推断暗物质的存在，但我们不能看到它。然而，由于欧洲航天局XMM-牛顿使命的X射线视觉，我们能看到星系团内气体，该使命一路回到2001年就在Abell 2390中探测到了这种气体。

在这个新的合成观望中，我们看到欧几里得的Abell 2390的图像，它位于飞马星座方向距离我们27亿光年远。欧几里得的图像是令人难以置信的，这是一张非常宽场的图像，视场通过它的1.2米（3.9英尺）孔径望远镜横跨1.25乘0.73平方度。该图像包含大约50000个星系，其中许多实际上不是在Abell 2390中，Abell 239O被看到在图像的中心，它本身包含数千个星系。最遥远的背景星系甚至远远超出Abell 2390，出现是红色的，因为它们的光由于宇宙的膨胀已经被红移。也能看到少数前景恒星，被它们的六叉衍射尖峰单挑出来。

欧几里得的Abell 2390（中心）与视野中的50000个其他星系的可见光图像。 (Image credit: ESA/XMM-Newton/Euclid/Euclid Consortium/NASA)

覆盖在欧几里得可见光观望上的是XMM-牛顿的来自星系团的X射线发射的探测。这被有一个温度在1000万到1亿摄氏度（1800万至1.8亿华氏度）范围之间的电离氢气产生。在如此温度，气体只以X射线辐射，因此我们在这里看到为蓝色辉光的是X射线信号的一个伪彩色代表。X射线是朝向星团中心最亮的，在那里星团内气体是最热和最浓的。

就在Abell 2390的中心，在所有这些灼热的气体中是所谓的最亮的星系团星系或BCG。每个大型星系团都有一个这样的星系团——在附近的室女座星系团中，最亮的星系团星系是梅西耶87。换句话说，最亮的星系团星系是一个巨大的椭圆星系，在它的核有一个活跃的超大质量黑洞，来自它的反馈——以辐射外流的形式——能加热星系团内的气体和甚至防止在星团内的其他星系中的恒星形成。

在今年更早发表的结果中，用智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）Abell 2390的最亮的星系团星系的观测揭示了一个巨大的包含值超过100亿个太阳质量的分子气体的羽流，从最亮的星系团星系延伸近5万光年。科学家们相信这个羽流可能的是要么来自另一个靠近经过的星系要么甚至在Abell 2390拥挤的环境中与最亮的星系团星系合并造成的一个引力扰动的结果。这种扰动被这样一个事件造成对造成最亮的星系团星系和它的周围的暗物质晕变得与团簇内气体分离是足够的，留下一个像阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列在羽流中发现的一样的分子气体的痕迹。

Abell 2390的放大观望，显示在星系团中来自数十亿颗流氓恒星的星光（增强）的观望。 (Image credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA/J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay)/G. Anselmi.)

与此同时，在无线电波长上，欧洲的低频阵列（LOFAR）已经围绕Abell 2390的最亮的星系团星系发现了各种发射无线电粒子的波瓣。这些波瓣已经被最亮的星系团星系中心中活动黑洞发放的一个间歇的但强大的射流产生。这些波瓣的年龄不同，正指向不同的方向，意味着喷流——以及因此黑洞和它的周围的喂这个喷流的气体吸积盘的定向——正在进动。换句话说，它以一种规则的方式摆动，喷流在黑洞的旋转轴上方追踪出一个圆圈。

这些喷流能加热周围的星系团内介质，但目前它们出现处于静止相中，热X射线发射气体正在缓慢冷却并回落到最亮的星系团星系和星系团中的其他星系上，在那里冷却的气体可能潜在的形成新的恒星。