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星系團(tuán)中心的“熱浪”:XRISM 揭示氣體不冷卻的原因

2025/3/10 14:44:25 來源:IT之家 作者:故淵 責(zé)編:故淵

IT之家 3 月 10 日消息,科技媒體 scitechdaily 昨日(3 月 9 日)發(fā)布博文,報(bào)道稱 XRISM 項(xiàng)目通過其先進(jìn)的 X 射線光譜儀,首次在 Centaurus 星系團(tuán)中心探測(cè)到高溫氣體的振蕩運(yùn)動(dòng)。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了星系團(tuán)通過碰撞和合并演化的過程,并解決了長(zhǎng)期困擾天文學(xué)家的謎題:為何星系團(tuán)中心的氣體無法冷卻。XRISM 的觀測(cè)為宇宙歷史提供了新的見解。

圖 1:基于 XRISM 觀測(cè)和其他觀測(cè)繪制的半人馬座星系團(tuán)中心示意圖。藍(lán)色表示高溫氣體,白色表示星系,紅棕色表示低溫氣體。圖片來源:JAXA

星系團(tuán)是宇宙中最大的結(jié)構(gòu)之一,由數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)星系組成,通過暗物質(zhì)的引力束縛在一起。星系團(tuán)中的氣體被加熱至數(shù)千萬度,發(fā)出強(qiáng)烈的 X 射線。

天文學(xué)家長(zhǎng)期以來推測(cè),星系團(tuán)通過反復(fù)的碰撞和合并增長(zhǎng),但直接證據(jù)一直難以捕捉,XRISM 的研究首次提供了這一過程的明確證據(jù)。

理論上,星系團(tuán)中心的 X 射線輻射會(huì)導(dǎo)致周圍氣體逐漸冷卻,但觀測(cè)顯示氣體溫度依然極高。XRISM 的觀測(cè)表明,氣體的振蕩運(yùn)動(dòng)阻止了冷卻過程。這種“晃動(dòng)”現(xiàn)象是由過去的星系團(tuán)碰撞引發(fā)的,持續(xù)攪動(dòng)氣體,維持其高溫狀態(tài)。

IT之家注:XRISM 全稱為 X 射線成像和光譜任務(wù),是一項(xiàng)由日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)主導(dǎo),與美國宇航局(NASA)和歐洲空間局(ESA)合作的 X 射線空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)。該任務(wù)旨在研究宇宙中的高溫等離子體、星系團(tuán)、星系核的流出物以及暗物質(zhì)等天體現(xiàn)象。

圖源:JAXA

XRISM 搭載了兩臺(tái)主要儀器:Resolve 和 Xtend。Resolve 是一臺(tái)軟 X 射線光譜儀,能夠提供高分辨率的 X 射線光譜數(shù)據(jù),而 Xtend 則是一臺(tái) X 射線成像儀,用于捕捉天體的 X 射線圖像。

相比較傳統(tǒng)天文觀測(cè)設(shè)備,X 射線光譜儀 Resolve 能量分辨率高 30 倍,因此精確測(cè)量了 Centaurus 星系團(tuán)中心氣體的運(yùn)動(dòng)速度。

圖 2:由 XRISM 上的 Resolve 拍攝的半人馬座星系團(tuán)中心區(qū)域的 X 射線光譜。背景是錢德拉 X 射線天文臺(tái)拍攝的同一區(qū)域的圖像。圖片來源:JAXA。

觀測(cè)顯示,氣體以每秒 130 至 310 公里的速度向地球方向流動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)模式與數(shù)值模擬結(jié)果一致,證實(shí)了星系團(tuán)碰撞對(duì)氣體運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期影響。

圖 3:基于 XRISM 觀測(cè)得出的高溫氣體流動(dòng)解釋。星系 NGC 4696 位于半人馬座星系團(tuán)的中心。圖源:JAXA。

XRISM 的研究不僅揭示了星系團(tuán)的演化機(jī)制,還為理解宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成提供了關(guān)鍵線索,通過觀測(cè)和抓拍高溫氣體的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié),這項(xiàng)研究標(biāo)志著我們對(duì)宇宙演化認(rèn)知的重大飛躍。

圖 4:展示星系團(tuán)中心高溫氣體晃動(dòng)機(jī)制的示意圖。圖源:JAXA

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