挖掘化石星系团的秘密

中，它的周围是一个星系团大小的暗物质晕。这种暗晕的存在可以通过广泛分布的高温气体而推断出来，它们充斥在许多星系群的引力势井之中，发射着X射线。由多国天文学家组成的科研小组，细致地研究了一些质量最大、温度最高的已知化石星系群的物理特征。他们的主要目的是揭开大质量化石星系群的形成之谜，并且了解它们的形成过程。事实上，根据一些简单的理论模型，它们根本应该还来不及形成。这个小组研究的化石星系群被称为“RX J1416.4+2315”，它被一个单独的椭圆星系所主宰。这个星系位于1.5亿光年以外，它的亮度是太阳的5000亿倍。 XMM-牛顿和钱德拉X射线天文台的观测，再结合可见光和红外线分析，揭露出整个化石星系群被一个巨大的高温气体晕包裹着。这个气体晕的直径超过300万光年，温度高达5000万度，这主要是引力坍缩产生的激波加热的结果。这样的高温比先前的预期高出大约一倍，与普通星系群中常见的特征温度相当。整个星系团的另一个有趣特征是，它巨大的质量超过了太阳的300万亿倍。其中只有大约2%的物质以恒星的形式出现在星系之中，15%存在于发射着X射线的高温气体之中。系统中的大部分质量是由不可见的暗物质贡献的，它们的引力将其他成份紧紧束缚在一起。按照计算，即使把宇宙的整个年龄都算上，一个质量与RX J1416.4+2315一样巨大的化石星系团也是来不及形成的。形成这种化石星系群的关键过程被称为“动力学摩擦”，它会使大星系把自己的公转能量转移给周围的暗物质。这种过程在星系迅速移动时效率低下，而大质量星系团中的星系恰恰是移动迅速的。因此，这在理论上就给化石星系群的大小和质量设置了一个上限。不过确切的数值还不清楚，因为星系群的几何形状和物质分布可能与简单理论模型的假设大不相同。 “描述动力学摩擦的简单模型假设，并合中的星系都沿着一条圆形轨道围绕着星系团的质量中心公转，”英国伯明翰大学的哈比比·科斯罗萨伊（Habib Khosroshahi）说，他是这项研究的第一作者。“相反，如果我们假设星系以一种不对称的方式，例如沿着一根长线，落向演化中的星系团中心，那么动力学摩擦和和星系团的形成过程就会更快速地发生，”他继续说。“我们在RX J1416.4+2315中观测到了高度拉长的X射线辐射，支持了这种假说，支持了坍缩主要沿着一根长线发生的观点。” “对大质量化石星系群，比如RX J1416.4+2315的研究，是对我们所理解的宇宙结构形成过程的一个重要检验，”科斯罗萨伊补充说。“为了理解这些极端天体系统的演化过程，宇宙学模拟正在进行之中，它们将试图再现我们观测到的性质，”他总结说。 XMM-牛顿对这个化石星系团的观测是在2003年7月完成的。钱德拉对同一个天体的观测是在2001年9月进行的。这项研究将被发表在《皇家天文学会月刊（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）》中。
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