天文學家解開星系團核心高溫之謎

科學家在觀測半人馬座星系團時，取得了一項令人振奮的突破性發現。他們利用先進的XRISM衛星，首次捕捉到核心區域內熱氣體以高速旋轉的強大氣流。這些氣流是由巨大星系團之間的劇烈碰撞所引發，導致氣體在核心區域內劇烈晃動。這一發現終於解開了長達數十年的宇宙之謎：為何星系團核心的氣體能在持續能量流失的情況下，依然保持極高溫度。這些洞見讓我們得以一窺塑造宇宙演化的壯觀互動。

XRISM國際合作團隊在半人馬座星系團的核心區域發現了熱氣體的流動。透過XRISM衛星的精確X射線測量，並結合詳細的數值模擬，研究人員確認這些氣體運動是由星系團之間的碰撞所引起，導致氣體在團內晃動。這項發現不僅解開了星系團核心保持高溫的謎團，也為宇宙的持續演化提供了新的見解。

天文學家長期以來推測，星系與星系團之間強大的重力作用——這些巨大結構主要由暗物質束縛在一起——透過合併與碰撞推動其成長。然而，過去一直缺乏直接的觀測證據。如今，XRISM團隊填補了這一空白。他們利用日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）於2023年發射的XRISM衛星，研究半人馬座星系團。衛星搭載的Resolve儀器提供了前所未有的X射線光譜精確度，讓天文學家能夠準確測量氣體速度，並驗證這些突破性結果。

在半人馬座星系團的核心區域，包括中心星系NGC 4696，研究人員首次發現熱氣體以每秒130至310公里的速度沿著地球視線方向流動。他們還繪製了氣體速度在遠離中心區域的變化圖。透過與模擬結果進行比對，由東京都市大學的藤田豐教授與高能加速器研究機構的佐藤浩助教授帶領的團隊發現，這與熱氣體（又稱團內介質，ICM）因與其他星系團碰撞而晃動的現象一致。這是首次直接觀測到這種晃動，驗證了長期以來關於宇宙演化的假設。

這項發現也解開了天文學家長期以來的未解之謎：為何這些發出明亮X射線的氣體能保持高溫。理論上，如此強烈的輻射應導致能量流失，使氣體冷卻，這被稱為輻射冷卻。冷卻所需的時間應短於星系團的年齡，但觀測結果卻顯示氣體依然保持高溫。新研究為此提供了一個優雅的解釋：如果核心區域的氣體能夠晃動，讓大量氣體在中心區域來迴流動，能量便能透過混合過程傳遞到核心，使氣體保持高溫並持續發出明亮輻射。這項突破性研究已發表於《自然》期刊。

這些前所未有的精確測量，讓我們對星系團的形成與演化有了更深入的理解。隨著XRISM任務的持續進行，天文學界正期待更多關於宇宙變化的洞見。

參考文獻：XRISM合作團隊，《半人馬座星系團核心氣體的整體運動》，2025年2月12日，《自然》。DOI: 10.1038/s41586-024-08561-z