遙遠的「大胖子」星系團

chris881

國際天文學家團隊研究了一個極端熾熱、超大質量的年輕星系團——遙遠宇宙中已知的最大星系團，他們動用的望遠鏡包括位於智利阿塔卡瑪沙漠的ESO甚大望遠鏡（VLT）、阿塔卡瑪宇宙（射電）望遠鏡，以及NASA的錢德拉X線空間望遠鏡。研究報告已經公佈在2012.1.10於德克薩斯州奧斯汀市召開的第219屆全美天文學大會上。


遙遠的相撞中的星系團的合成圖像，版權：ESO，ESA，NASA；錢德拉X線中心

新發現的星系團（注1）暱稱El Gordo——西班牙語中，意為「大個子、大胖子」，它由兩個單獨的子星系團對撞而成，碰撞時速達數百萬公里（～500km/s）。由於它距離我們極遠，星系發出的光需要幾十億年才能到達地球（紅移z=0.87）。

研究團隊領導、美國羅格斯大學的Felipe Menanteau解說： 「在如此遙遠及更遠距離上，它是已知質量最大、溫度最高、發射X線輻射最多的星系團。我們為此投入了大量的觀測時間，令我們高興的是，我們賭對了——發現了頗不尋常的星系團相撞。」


PDF中提供的星系團多波段圖像，左上疊加可見光數據；右上疊加了紅外數據；左下，X線數據；右下，148G Hz能譜分佈。

在宇宙中，星系團是通過引力維繫在一起的最大天體。它們形成的過程——小星系群合併的過程，與當時的暗物質、暗能量的密度緊密相關。因此，研究星系團就是這些神秘的宇宙黑箱中漏出的一絲光芒。

團隊成員、同樣來自羅格斯大學的傑克•休斯（Jack Hughes）說：「這樣的巨型星系團正是我們計劃要尋找的。我們正想看看，借助當前最好的宇宙模型，能否解釋那些極端天體是怎樣形成的。」

由羅格斯大學和智利天文學家領銜的團隊，通過測量宇宙微波背景輻射的不均衡程度發現了El Gordo。宇宙背景輻射是137億年前宇宙大爆炸後，稠密而熾熱的宇宙空間輻射的闇弱餘輝。當這些輻射餘輝與星系團中熾熱等離子體的電子相遇時，電磁相互作用就會在背景輻射中留下印跡(注2)。星系團越大越稠密，印跡越明顯。El Gordo就是在阿塔卡瑪宇宙望遠鏡的背景輻射巡天中發掘出來的(注3)。



星系團中暗物質分佈圖（上）與X線圖像（下）的對比

團隊使用ESO的VLT測量了巨大星系團中相撞星系的速率，和它們離地球的距離；還用錢德拉X線望遠鏡研究了星系團的熱氣體。

雖然像El Gordo這樣巨大而遙遠的星系團很罕見，但研究報告的作者們認為，新成果還是與我們當前對宇宙的主流認識相符：大爆炸後的宇宙主要由暗物質、暗能量主宰。

El Gordo的形成很可能與子彈星系團類似，後者是一個離地球約40億光年、壯觀的相互作用星系團。在兩個星系團中，都有證據表明，主要由熾熱的發射明亮X線的氣體組成的普通物質，遠遠落在暗物質後面。原因是普通物質在相撞時（因電磁相互作用而）減速，而暗物質不會。


子彈星系團的多波段合成圖像

El Gordo的形成很可能與子彈星系團類似，後者是一個離地球約40億光年、壯觀的相互作用星系團。在兩個星系團中，都有證據表明，主要由熾熱的發射明亮X線的氣體組成的普通物質，遠遠落在暗物質後面。原因是普通物質在相撞時（因電磁相互作用而）減速，而暗物質不會。

附註

1、El Gordo星系團的一般名稱是ACT-CL J0102-4915，其中ACT代表這個星系團來自阿塔卡瑪宇宙望遠鏡的數據，CL代表它在天空的位置，即位於鳳凰座的南部。


El Gordo星系團所在的天空周圍圖像，版權：DSS2

2、該效應稱為Sunyaev–Zel'dovich效應，由當年的前蘇聯，現在分別屬於烏茲別克斯坦的Rashid Sunyaev和白俄羅斯的Yakov Zel'dovich於20世紀60年代提出。

3、阿塔卡瑪宇宙望遠鏡（ACT）是位於智利北部阿塔卡瑪沙漠Toco山頂的6米射電望遠鏡，離ALMA陣列很近。ACT的設計目標是進行高分辨率的微波巡天，研究宇宙微波背景輻射。


原文標題：El Gordo — A 「Fat」 Distant Galaxy Cluster
原文作者：Felipe Menanteau，John P. Hughes，Cristóbal Sifón，Megan Watzke，Richard Hook;
來自：ESO； 發表時間：2012.1.10
翻譯：gohomeman1   審校：Linq