大爆炸后14億年發(fā)現(xiàn)的不可思議的高熱天體

在微弱殘留的光芒上投下的“陰影”，大爆炸揭示了早期宇宙中一個(gè)巨大的天體，它挑戰(zhàn)了我們對(duì)宇宙進(jìn)化的預(yù)測(cè)。

這是一個(gè)名為SPT2349-56的星系團(tuán)。它在大爆炸僅14億年后被發(fā)現(xiàn)，其中的氣體溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)有的溫度。星系團(tuán)的引力加熱本應(yīng)是一個(gè)緩慢過(guò)程，需要數(shù)十億年才能達(dá)到SPT2349-56的溫度區(qū)間。

“我們沒(méi)想到宇宙歷史這么早就會(huì)出現(xiàn)如此熾熱的星團(tuán)大氣，”天體物理學(xué)博士生大志說(shuō)周加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的。

“事實(shí)上，起初我對(duì)信號(hào)持懷疑態(tài)度，因?yàn)樗珡?qiáng)，不像真實(shí)的。但經(jīng)過(guò)數(shù)月的核查，我們確認(rèn)這種氣體的溫度至少是預(yù)測(cè)的五倍，甚至比我們目前許多集群中發(fā)現(xiàn)的氣體更熱、更有能量?！?/p>

相關(guān)報(bào)道：極其巨大的黑洞可能由罕見(jiàn)的三重合并產(chǎn)生

SPT2349-56首次于2010年在南極的南極望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)中被發(fā)現(xiàn)，早期跡象表明它不尋常。后續(xù)觀察，2018年出版確認(rèn)該天體是由30多個(gè)星系組成的星系團(tuán)，它們以比銀河系快1000倍的速度瘋狂形成恒星，并且正朝著碰撞軌道飛馳。

由于這場(chǎng)極端戲劇發(fā)生在大約124億年前的早期宇宙中，天文學(xué)家認(rèn)為它很可能會(huì)在宇宙歷史的關(guān)鍵時(shí)刻為星系演化提供一些線索。

在周周的帶領(lǐng)下，一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用超靈敏的阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列（ALMA）探測(cè)宇宙微波背景（CMB）——自宇宙冷卻至一定溫度以來(lái)，宇宙中仍彌漫著微弱且均勻的光芒這讓光線自由流動(dòng).

他們想找到一種被稱為蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇信號(hào)，這是由于星系團(tuán)中熱氣體中的電子與CMB的光子相互作用所致。由于CMB非常平滑，這些“陰影”會(huì)產(chǎn)生可以被檢測(cè)和測(cè)量的對(duì)比度。

星系團(tuán)是一個(gè)空間口袋，其中重力增強(qiáng)當(dāng)星系彼此拉得更近。這種引力作用于星系內(nèi)部的氣體——星系團(tuán)內(nèi)介質(zhì)——擠壓和加速，這兩者都會(huì)增加它的能量。

SPT2349-56是早期宇宙星系團(tuán)的一個(gè)極端例子，無(wú)論是大小還是恒星形成，且以往測(cè)量顯示出兩者之間存在大量分子氣體。周和他的同事們仔細(xì)觀察了這種氣體，以確定它能告訴我們關(guān)于星系團(tuán)內(nèi)部動(dòng)力學(xué)的什么信息。

“理解星系團(tuán)是理解宇宙中最大星系的關(guān)鍵，”天體物理學(xué)家斯科特·查普曼說(shuō)達(dá)爾豪斯大學(xué)的成員，該校前身為加拿大國(guó)家研究委員會(huì)。

“這些大質(zhì)量星系大多存在于星系團(tuán)中，其演化深受星系團(tuán)形成時(shí)極強(qiáng)環(huán)境的影響，包括星系團(tuán)內(nèi)介質(zhì)?！?/p>

ALMA Sunyaev-Zeldovich的信號(hào)不僅清晰，更是強(qiáng)大。分析顯示高溫電子具有明確的熱特征，溫度超過(guò)1000萬(wàn)開(kāi)爾文。雖然研究人員希望能及早探測(cè)到溫暖的星團(tuán)內(nèi)介質(zhì)，但這遠(yuǎn)超預(yù)期。

根據(jù)現(xiàn)有模型，單靠重力不可能產(chǎn)生這種溫度。研究人員懷疑，至少有三個(gè)超大質(zhì)量星球發(fā)出的強(qiáng)大噴流黑洞SPT2349-56可能注入了額外的能量。

“這告訴我們?cè)缙谟钪嬷?，可能有三個(gè)最近發(fā)現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞在星團(tuán)中，已經(jīng)向周圍環(huán)境注入大量能量，塑造了年輕的星團(tuán)，比我們預(yù)想的更早、更強(qiáng)大?！?a>查普曼解釋道.

這反過(guò)來(lái)表明，我們對(duì)星系團(tuán)演化的理論理解遠(yuǎn)未完成——即使在早期宇宙時(shí)期，也必須考慮整個(gè)星系團(tuán)生態(tài)系統(tǒng)，因?yàn)槲覀兛赡懿活A(yù)期某些動(dòng)態(tài)會(huì)起作用。

“我們想弄清楚強(qiáng)烈的恒星形成、活躍的黑洞和過(guò)熱大氣的相互作用，以及這告訴我們當(dāng)前星系團(tuán)是如何形成的，”周周說(shuō).

該研究已發(fā)表于自然.

寶寶起名 起名