ACT-CL J0102-4915

2014年发现的星系团

“大胖子”星系团的编号为ACT-CL J0102-4915，包含了数百个的星系。根据哈勃太空望远镜的最新观测结果，该星团的质量可能与3千万亿颗太阳相当，约为银河系质量的3000倍。

形态结构

ACT-CL J0102-4915星系团是截至北京时间2014年4月9日发现的最大型早期宇宙星系团，其规模可能比原先预计的还要大一些。据美国航空航天局（NASA）哈勃太空望远镜的最新观测结果显示（ACT-CL J0102-4915星系团称之为“El Gordo”星系团昵称为“大胖子”），其所容纳的质量可能与三千万亿（3乘以10的15次方）颗太阳相当。这比原先科学家所估计的值大了43%。

研究数据

ACT-CL J0102-4915星系团距离地球超过70亿光年。因此，天文学家观测到的信号，实际上已经有将近一半的宇宙年龄（约138亿年）。在2012年的报道中，“大胖子”星系团的质量大致相当于2千万亿颗太阳。研究者利用NASA的钱德拉X射线天文台和欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜阵列，对星系团内部的气体温度以及星系的运动进行了研究，估算出了这一数据。不过，该结果存在着一些偏差，原因主要是该星系团可能是两个星系团之间碰撞的结果。

这一星系团是科学家在这一距离和更远距离尺度上迄今所观察到的质量最为巨大，温度最高，X辐射最剧烈的星系团。

研究理论

科学家们能够发现“大个子”星系团的存在，还要感谢苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应，即所谓的SZ效应。在这一现象中，宇宙微波背景辐射发出的光子和星系团等天体内部高温气体中的电子发生相互作用，在此过程中光子获得能量，其结果是造成信号的扭曲，从微波背景辐射偏向星系团的方向。这种扭曲的程度取决于高温电子温度的密度，以及星系团本身的大小。美国宇航局钱德拉X射线空间望远镜和8米口径的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)的观测发现“大个子”星系事实上是两个独立的星系团正相向而行，以每小时700万英里(约合1126.5万公里)的速度相互接近。

研究意义

星系团是宇宙中由引力维系的最大尺度天体，它们是由更小规模上的星系和星系团逐渐在引力作用下聚合形成的。由于这种形成过程取决于宇宙中暗物质和暗能量的多寡，因此对这种星系团进行研究将可以反过来帮助我们加深对暗物质和暗能量的了解。

研究历程

研究共同作者、来自罗格斯大学的约翰·休斯（John Hughes）指出，“我们想知道一个处于碰撞过程之中的星系团是什么样的，以及这场碰撞如何影响X射线气体和星系运动，”“因此，由于复杂的碰撞融合状态，我们对星系团质量的估算上还存在着一些疑问。”

星系团融合中的几何学计算有可能使研究者无法准确估计ACT-CL J0102-4915”星系团的动能，从而低估了星系团的质量。根据哈勃太空望远镜的最新观测结果可知，事情正是如此。詹姆斯·吉和他的团队利用哈勃太空望远镜，对ACT-CL J0102-4915星系团的巨大引力如何使其后面的星系图像发生扭曲进行了测定。扭曲的角度经过换算，便得出了大约相当于3千万亿颗太阳的质量数据。

天文学家已经发现了距离地球较近的、规模类似“大胖子”的星系团，但后者极端的距离使其与众不同。天文学家认为，如此巨大的星系团在宇宙早期是非常罕见的。

研究团队计划用哈勃太空望远镜继续对“大胖子”星系团进行研究。该星系团如此巨大，以至于无法完全进入哈勃望远镜的视野中。研究者打算下一步先获取一张拼接图片。来自伊利诺伊大学的费利佩(Felipe Menanteau)指出：“可以说ACT-CL J0102-4915星系团真是个“大胖子”，但我们不知道他的腿脚长什么样子，因此我们还需要一个更大的视野，来获得整个的全貌图片。”

研究结果

ACT-CL J0102-4915星系团由两个单独的子星系团对撞而成，碰撞时速达数百万公里（~500km/s）。由于它距离我们极远，星系发出的光需要几十亿年才能到达地球（红移z=0.87）。

研究团队领导、美国罗格斯大学的Felipe Menanteau解指出： “在如此遥远及更远距离上，它是已知质量最大、温度最高、发射X线辐射最多的星系团。我们为此投入了大量的观测时间，令我们高兴的是，我们赌对了——发现了颇不寻常的星系团相撞。”

在宇宙中，星系团是通过引力维系在一起的最大天体。它们形成的过程——小星系群合并的过程，与当时的暗物质、暗能量的密度紧密相关。因此，研究星系团就是这些神秘的宇宙黑箱中漏出的一丝光芒。

团队成员、同样来自罗格斯大学的杰克休斯（Jack Hughes）指出：“这样的巨型星系团正是我们计划要寻找的。我们正想看看，借助当前最好的宇宙模型，能否解释那些极端天体是怎样形成的。”

由罗格斯大学和智利天文学家领衔的团队，通过测量宇宙微波背景辐射的不均衡程度发现了ACT-CL J0102-4915星系团。宇宙背景辐射是137亿年前宇宙大爆炸后，稠密而炽热的宇宙空间辐射的暗弱余辉。当这些辐射余辉与星系团中炽热等离子体的电子相遇时，电磁相互作用就会在背景辐射中留下印迹(注2)。星系团越大越稠密，印迹越明显。ACT-CL J0102-4915星系团就是在阿塔卡玛宇宙望远镜的背景辐射巡天中发掘出来的。

团队使用ESO的VLT测量了巨大星系团中相撞星系的速率，和它们离地球的距离；还用钱德拉X线望远镜研究了星系团的热气体。

虽然像ACT-CL J0102-4915星系团这样巨大而遥远的星系团很罕见，但研究报告的作者们认为，新成果还是与我们当前对宇宙的主流认识相符：大爆炸后的宇宙主要由暗物质、暗能量主宰。

ACT-CL J0102-4915星系团的形成很可能与子弹星系团类似，后者是一个离地球约40亿光年、壮观的相互作用星系团。在两个星系团中，都有证据表明，主要由炽热的发射明亮X线的气体组成的普通物质，远远落在暗物质后面。原因是普通物质在相撞时（因电磁相互作用而）减速，而暗物质不会。

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