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X射線揭示了巨大而遙遠的星系團中的秘密氣體

星系團


X射線揭示了巨大而遙遠的星系團中的秘密氣體


星系團Abell 2390的合成可見光和X射線圖像，顯示了廣闊的熾熱、發射X射線的團內氣體 。（圖片來源：歐洲航天局/XMM Newton/歐幾里德/歐幾里德聯盟/NASA）
據美國太空網（Keith Cooper）：通過將一個巨大星系團的新圖像與舊的X射線數據相結合，歐洲航天局（ESA）的科學家們展示了該星系團的星系是如何被大量氣體充斥的，這些氣體的高溫可達1億攝氏度（1.8億華氏度） 。
歐空局的歐幾里德任務最近對星系團Abell 2390進行了成像，該任務旨在通過探測星系團中的引力透鏡現象來研究暗物質和暗能量 。因為這些星團包含如此多的質量——高達10萬億太陽質量——它們能夠彎曲周圍的時空結構，將其扭曲到如此程度，以至于背景中來自遙遠星系的光被高度放大 。就好像你通過一個巨大的放大鏡看著他們 。如果我們放大Abell 2390的核心，我們會看到透鏡效應最為明顯 ， 它拉伸、扭曲和放大了數十億光年外其他星系的光線 。
然而，星系團的大部分質量并不存在于其星系中 。事實上，它們僅占星團總質量的5% 。最大的貢獻者是星團中星系之間的熱團內氣體，約占星團質量的15%，以及不可見的暗物質，占Abell 2390體積的80% 。
雖然我們可以從引力透鏡的程度推斷暗物質的存在，但我們看不到它 。然而，由于歐洲航天局XMM-Newton任務的X射線視覺，我們可以看到星團內的氣體，該任務早在2001年就在Abell 2390中探測到了這種氣體 。
在這個新的合成視圖中，我們看到了歐幾里得的Abell 2390圖像，它位于飛馬星座方向，距離我們27億光年 。歐幾里得的形象令人難以置信；這是一張非常寬的視場圖像，通過其1.2米（3.9英尺）孔徑的望遠鏡拍攝的視場為1.25乘0.73平方度 。該圖像包含大約50000個星系，其中許多實際上不在Abell 2390中，Abell 239O位于圖像的中心，本身包含數千個星系 。最遙遠的背景星系，甚至遠遠超出Abell 2390，看起來是紅色的，因為它們的光由于宇宙的膨脹而紅移 。也可以看到少數前景恒星 ， 它們被六叉衍射尖峰挑出來 。

X射線揭示了巨大而遙遠的星系團中的秘密氣體


歐幾里得的可見光圖像Abell 2390（中心）與視野中的50000個其他星系 。（圖片來源：歐洲航天局/XMM Newton/歐幾里德/歐幾里德聯盟/NASA）
覆蓋在歐幾里得可見光視圖上的是XMM-Newton對星團X射線發射的探測 。這是由溫度在1000萬至1億攝氏度（1800萬至1.8億華氏度）之間的電離氫氣產生的 。在這樣的溫度下 ， 氣體只輻射X射線，所以我們在這里看到的藍色輝光是X射線信號的虛假顏色表示 。X射線在星團中心最亮 ， 那里的星團內氣體最熱、最集中 。
在Abell 2390的中心，在所有這些灼熱的氣體中，是所謂的最亮的星團星系，或BCG 。每個大型星系團都有一個這樣的星系團——在附近的室女座星系團中，BCG是梅西耶87 。換句話說，BCG是一個巨大的橢圓星系，其核心有一個活躍的超大質量黑洞 ， 其反饋——以輻射外流的形式——可以加熱星團內的氣體，甚至阻止星團其他星系中的恒星形成 。
在今年早些時候發表的結果中，智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）對Abell 2390的BCG的觀測顯示，一個巨大的羽流包含超過100億太陽質量的分子氣體，距離BCG近5萬光年 ?？茖W家們認為 ， 羽流可能是另一個星系在Abell 2390擁擠的環境中靠近甚至與BCG合并而產生的引力擾動的結果 。這種事件造成的干擾可能足以使BCG及其周圍的暗物質暈與團簇內氣體分離，留下類似ALMA在羽流中發現的分子氣體痕跡 。

X射線揭示了巨大而遙遠的星系團中的秘密氣體


Abell 2390的放大視圖，顯示了星系團中數十億顆流氓恒星的星光（增強）視圖 。（圖片來源：歐空局/歐幾里德/歐幾里德聯盟/美國國家航空航天局/J.-C.Cuillandre（CEA Paris Saclay）/G.Anselmi 。）
與此同時，在無線電波長上，歐洲的低頻陣列（LOFAR）在Abell 2390的BCG周圍發現了各種發射無線電粒子的波瓣 。這些波瓣是由BCG中心活動黑洞發出的間歇性但強大的射流產生的 。這些波瓣的年齡不同，指向不同的方向，這意味著射流——以及黑洞及其周圍為射流提供氣體的吸積盤的方向——正在進動 。換句話說 ， 它以規則的方式擺動，射流在黑洞旋轉軸上方劃出一個圓圈 。
這些噴流可以加熱周圍的星團內介質，但目前它們似乎處于靜止階段 ， 發出高溫X射線的氣體正在緩慢冷卻并回落到BCG和星團中的其他星系上，在那里冷卻的氣體可能會形成新的恒星 。
歐幾里得的一項新創新是能夠探測到數十億顆恒星在星系團動蕩環境中被引力潮汐力從星系中撕裂的微弱恒星輝光 。單獨來看 ， 這些恒星太微弱了，無法在如此遙遠的距離上觀察到，但總的來說，它們會產生一種怪異的光芒 ， 這在歐幾里得圖像中得到了增強 。通過追蹤這些被引力吸引的流氓星系間恒星聚集的地方，天文學家可以追蹤Abell 2390中暗物質的位置 。
歐幾里得的第一批宇宙圖像，包括Abell 2390的圖像，于5月發布 。該航天器于2023年7月發射 ， 現在已經開始了一項為期六年的任務，通過觀測分布在100億年宇宙歷史中的數十億個星系和星系團來繪制暗宇宙地圖 。