XRISM解開宇宙之謎：星系團為何保持高溫？

科學家們終於解開了一個困擾已久的宇宙謎題：星系團為何能維持高溫狀態？XRISM衛星的最新研究揭示了星系團的演化過程——劇烈的合併事件產生了湍流，阻止了熱氣體的冷卻。這項突破性發現不僅解答了長久以來的疑問，更為我們理解宇宙歷史提供了新的視角。

宇宙的結構由重力塑造，它將龐大的星系（由無數恆星和氣體組成）拉攏成更巨大的星系團。這些星系團被暗物質的重力束縛在一起，其中的氣體被加熱到數千萬度的高溫。在如此極端的溫度下，氣體會釋放出強烈的X射線。天文學家長期以來推測，星系團是透過反覆的合併和碰撞逐漸成長的，但直到現在才獲得直接證據。

星系團的中心區域是宇宙中最亮的X射線源之一。理論上，隨著這些強烈的輻射逸散，周圍的氣體應該會逐漸冷卻——這個過程被稱為輻射冷卻。然而，觀測結果顯示，氣體依然保持著意外的高溫，這讓科學家們百思不得其解。其中一個可能性是氣體的運動在維持高溫中扮演了重要角色，但過去的儀器缺乏足夠的精確度來證實這個假設。

XRISM國際研究團隊（XRISM合作計畫）利用XRISM衛星，精確測量了星系團核心區域熱氣體的運動。他們發現，氣體因過去的碰撞和合併事件而前後擺動。這些振盪使氣體保持攪動狀態，阻止了預期中的冷卻，從而維持了星系團的高溫。

這項發現對我們理解星系形成和星系團演化具有重大意義。XRISM以前所未有的細節捕捉了氣體動力學，為我們瞭解宇宙最大結構的持續演化提供了新的見解。

宇宙是如何從大爆炸演化成現今的結構的？這個根本問題推動了數十年的天文研究。宇宙中充滿了巨大的結構，從太陽繫到星系，都是重力作用於物質的結果。然而，這些結構並非從宇宙誕生之初就存在，而是透過天體間的碰撞和合併等劇烈事件逐漸形成的。

已知最大的結構是星系團，它們由暗物質的重力束縛在一起。除了暗物質和星系，星系團中還包含大量由氫和氦組成的氣體，這些氣體是大爆炸的殘留物。當這些原始氣體落入星系團時，巨大的重力能將其加熱到數千萬度的高溫，使其釋放出X射線。

一個長期困擾天體物理學家的謎題是：為什麼星系團中心的熱氣體不會隨時間冷卻？理論上，氣體應該透過X射線輻射逐漸失去能量，但觀測結果卻顯示氣體依然保持高溫。這表明存在某種未知的加熱機制，阻止了氣體的冷卻。

2023年12月至2024年1月，研究團隊利用XRISM觀測了距離地球約1億光年的半人馬座星系團，重點研究其核心區域的熱氣體運動。XRISM搭載的先進軟X射線光譜儀Resolve捕捉到了星系團中心的X射線譜，其能量解析度比傳統儀器高出約30倍，能夠以前所未有的精確度測量氣體速度。

觀測結果顯示，半人馬座星系團中心的熱氣體以每秒130至310公里的速度向地球方向流動。這種振盪運動被認為攪動了周圍的熱氣體，阻止了其冷卻，從而維持了星系團核心的高溫。

研究團隊將XRISM的觀測結果與數值模擬進行比對，得出結論：過去星系團的碰撞和合併是造成熱氣體振盪的原因。XRISM的觀測直接證明瞭星系團如何透過碰撞和合併演化，為我們理解宇宙歷史提供了關鍵的缺失環節。這項研究不僅深化了我們對星系團的認識，更有望大幅推進我們對宇宙中其他天體形成和演化的理解。

參考文獻：XRISM合作計畫，《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