新发现的凤凰星系团正在打破宇宙记录

SPT-CLJ2344-4243,凤凰星团

艺术家对凤凰星系团中心星系的印象。凤凰号的高温气体释放出大量的x射线,并随着时间的推移迅速冷却,特别是在星团中心附近,导致气体向内流动,并在流动底部形成大量的恒星。这些特征显示在这张艺术家对中央星系的印象中,炽热的气体显示为红色,较冷的气体显示为蓝色,气体流动显示为带状特征,新形成的恒星显示为蓝色,位于星系的外部。(来源:美国国家航空航天局科学家/ M.Weiss)

这个新发现的星系团位于凤凰星座,距离地球约57亿光年,官方名称为SPT-CLJ2344-4243,因其非凡的特性而被称为“凤凰星系团”。

美国国务院国际信息局《美国参考》从华盛顿报道,天文学家发现了一个非凡的星系团,它是宇宙中最大的天体之一,正在打破几项重要的宇宙记录。对凤凰星系团的观测美国国家航空航天局美国国家科学基金会(National Science Foundation)的钱德拉x射线天文台(Chandra X-ray Observatory)、南极望远镜(South Pole Telescope)以及其他8个世界一流的天文台,可能会迫使天文学家重新思考这些巨大的结构及其所在的星系是如何演化的。

凤凰星系团中的恒星正在以星系团中央观测到的最高速率形成。在所有已知星系团中,它也是x射线产生能力最强的,也是质量最大的。数据还表明,星团中心区域的热气冷却速率是迄今为止观测到的最大的。

凤凰星系团距离地球约57亿光年。它的名字不仅是因为它所在的星座,还因为它非凡的属性。

“虽然大多数集群星系中心可能是休眠数十亿年来,中央在这个集群星系似乎回到生活新恒星形成的破裂,”迈克尔·麦克唐纳说,麻省理工学院的哈勃研究员的主要作者这篇论文发表在8月16日的《自然》杂志上。“凤凰的神话,一种死而复生的鸟,是描述这个复活的物体的很好的方式。”

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这个动画展示了大量的恒星是如何在凤凰星团中形成的。它首先展示了星系团中的几个星系和热气体(红色)。这些热气所含的正常物质比星系团中所有星系的总和还要多,而且只能用钱德拉这样的x射线望远镜探测到。然后相机飞向星系团中心的大椭圆星系。该星系附近的高温气体释放出大量的x射线,并随着时间的推移迅速冷却,如蓝色的变化所示。这种冷却导致气体沿着灯丝向内流动,并在继续冷却时形成大量的恒星。(NASA /科学家。霍巴特)

像其他星系团一样,凤凰号也有一个巨大的热气储藏库,它本身含有更多的正常物质——而不是暗物质——比星系团中所有星系的总和还要多。只有钱德拉等x射线望远镜才能探测到这个储层。普遍的看法是,这些热气会随着时间的推移而冷却,沉入星系团中心的星系中,形成大量的恒星。然而,大多数星系团在过去的几十亿年里只形成了很少的恒星。天文学家认为它是超大质量的黑洞在一个星系团的中央星系向系统注入能量,防止气体冷却导致恒星形成的爆发。

著名的英仙座星团就是一个黑洞喷出能量并阻止气体冷却以高速率形成恒星的例子。英仙座中心的黑洞以强大射流的形式不断爆发,形成了巨大的空洞,并产生了比中央C低57个八度的令人难以置信的低沉b调的声波,反过来,这又使气体保持高温。

“我们认为这些非常深的声音可能在任何地方的星系团中都能找到,”合著者Ryan Foley说,他是马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理中心的Clay研究员。“凤凰乐团向我们表明,事实并非如此——或者至少有时音乐基本上停止了。来自星系团中心巨大黑洞的射流显然不足以阻止星系团气体冷却。”

凤凰星团的合成图像与近距离紫外线和光学

这张图片显示的是x射线/紫外线/光学合成物,而紫外线/光学合成物的拉出部分显示了凤凰星系团的中心部分。来自美国宇航局钱德拉x射线天文台(Chandra X-ray Observatory)的数据是紫色的,来自美国宇航局星系演化探测器(GALEX)的紫外线(UV)图像是蓝色的,来自4米高的布兰科望远镜(Blanco)的光学图像是红色、绿色和蓝色的。拉出显示,中央星系的颜色比星团中附近的星系要蓝得多,这表明由于恒星形成的巨大速度,存在着大量的热的、年轻的大质量恒星。(来源:x射线:美国宇航局科学家/麻省理工学院/ M.McDonald;紫外线:NASA /姓名/ M.McDonald;光学:光环/ NOAO CTIO /麻省理工学院/ M.McDonald)

由于它的黑洞没有产生足够强大的喷流,凤凰星团中心的恒星嗡嗡作响,它们的形成速度大约是英仙座星团的20倍。这是星系团中心所能看到的最高速率,但不是宇宙中所能看到的最高速率。然而,位于星团外部的其他恒星形成率最高的区域,其形成率只有星团的两倍左右。

凤凰星系团中恒星诞生的疯狂速度和气体冷却导致星系和黑洞质量迅速增加——研究人员预测这一重要阶段将相对短暂。

“这个星系及其黑洞正在经历不可持续的增长,”该研究的合著者Bradford Benson说芝加哥大学。“这种快速增长不会持续超过1亿年。否则,星系和黑洞就会比附近宇宙中的对应星系和黑洞大得多。”

值得注意的是,凤凰星系团及其中心星系和超大质量黑洞已经是同类星系中已知质量最大的天体。由于其巨大的体积,星系团是研究宇宙学和星系演化的关键对象,所以找到一个具有像凤凰星系团这样极端属性的星系是很重要的。

“这次壮观的恒星爆发是一个非常重要的发现,因为它表明我们必须重新思考星团中心的巨大星系是如何成长的,”剑桥大学的马丁·里斯(Martin Rees)说,他是一位世界知名的宇宙学专家,没有参与这项研究。“热气体的冷却可能是一个比以前认为的更重要的恒星来源。”

凤凰星团最初是由美国国家科学基金会(National Science Foundation)的南极望远镜探测到的,后来由位于智利的双子天文台(Gemini Observatory)、布兰科(Blanco) 4米望远镜和麦哲伦(Magellan)望远镜在可见光下观测到。热气体及其冷却速率是根据钱德拉的数据估算出来的。为了测量凤凰星系团中的恒星形成率,使用了几个太空望远镜,包括美国宇航局的广域红外巡天望远镜、星系演化望远镜和欧洲航天局的赫歇尔望远镜。

学分:x射线:NASA /科学家麻省理工学院/ M.McDonald;紫外线:NASA /喷气推进实验室加州理工学院/ M.McDonald;光学:光环/ NOAO / CTIO /麻省理工学院/ M.McDonald;说明:NASA科学家/ M.Weiss

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