詹姆斯·韋伯太空望遠鏡揭密：宇宙「鳳凰」如何冷卻孕育恆星

鳳凰座星系團擁有所有星系團中最龐大的熱氣體儲備，這些氣體正在冷卻中。但究竟如何讓這隻宇宙「鳳凰」降溫呢？這裡說的可不是神話中浴火重生的鳳凰，而是宇宙中一個與其名號相稱的熾熱天體。透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），天文學家或許終於找到了答案。他們利用這臺強大的儀器，研究了距離地球約58億光年的鳳凰座星系團中氣體的極端冷卻過程。

恆星的形成需要氣體冷卻到足以聚整合高密度團塊，這正是科學家對鳳凰座星系團如何形成恆星特別感興趣的原因。事實上，這片宇宙區域的恆星形成速度驚人。然而，鳳凰座星系團的核心卻存在一個質量是太陽100億倍的超大質量黑洞。這個巨型黑洞作為天然粒子加速器，驅散氣體並使其保持高溫——理論上，這應該會抑制恆星的形成。這種看似矛盾的現象讓鳳凰座星系團成為一個謎團。

不過，這項新的JWST研究可能終於解開了這個謎題。這項研究建立在過去十年利用哈伯太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺以及眾多地面天文臺進行的研究基礎上。麻省理工學院的研究員兼計畫首席調查員麥可·麥當勞表示：「我們可以將之前對鳳凰座星系團的研究比作滑雪坡道。鳳凰座星系團擁有最大的熱氣體儲備，就像是最繁忙的滑雪纜車，將最多滑雪者帶到山頂。然而，並非所有滑雪者都能順利下山，這意味著並非所有氣體都能冷卻到低溫。」

麥當勞進一步解釋：「如果你有一個滑雪坡道，上山的人數遠多於下山的人數，那就會出問題！」研究團隊認為，JWST終於找到了這些「失蹤的滑雪者」，他們被困在鳳凰座星系團溫度「山脈」的中途。利用JWST的中紅外儀器（MIRI），團隊從包含鳳凰座星系團的天空區域收集了二維光譜資料，以前所未有的細節研究了這個星系團的核心。

這幫助研究人員找到了促成恆星形成的「失蹤」冷卻氣體。他們還發現，這些溫度約為54萬華氏度（30萬攝氏度）的氣體位於鳳凰座星系團的空腔內。這些空腔既追蹤了溫度高達1800萬華氏度（1000萬攝氏度）的極熱氣體，也追蹤了溫度為1.8萬華氏度（1萬攝氏度）的冷卻氣體。

麥當勞指出：「之前的研究僅測量了星系團中心溫度分佈兩端的極冷和極熱氣體。我們的能力有限，無法檢測到我們正在尋找的『溫暖』氣體。有了JWST，我們終於可以做到這一點。」在這項研究中，MIRI的靈敏度得益於鳳凰座星系團中的一種自然現象，即在類似環境中，氖和氧原子被電離或剝離電子。

團隊領導者、麻省理工學院研究員麥可·裡夫表示：「在JWST探測到的中紅外波長中，氖VI的訊號非常強烈。儘管這種發射通常更難檢測，但JWST在中紅外的靈敏度能夠穿透所有雜訊。」雖然鳳凰座星系團在許多特性上都是獨一無二的星系團，但團隊現在計劃利用這種「概念驗證」技術和MIRI的靈敏度來研究其他星系團。

這項研究已於2月5日發表在《自然》期刊上，最初發布於Space.com。