天文大發現！20萬光年粒子雲環繞遙遠星系團

天文學家首度觀測到環繞星系團的巨大高能粒子雲，其直徑達驚人的20萬光年，位置就在星系團PLCK G287.0+32.9周圍。

這張由NASA錢德拉X射線天文臺(藍紫色)、南非MeerKAT射電望遠鏡(橙黃色)和泛星計畫光學影像(紅綠藍)合成的複合影象，完整呈現了這個壯觀的星系團。影像來源：NASA/CXC/CfA/Rajpurohit團隊/泛星計畫/SARAO/MeerKAT/SAO/N.Wolk。

PLCK G287.0+32.9位於長蛇座，距離地球約50億光年之遙。這個巨大星系團自2011年被發現以來，就一直讓天文學家深感興趣。

早期研究曾觀測到兩個明亮的遺跡(relics)——巨大的衝擊波照亮了星系團邊緣。但當時未能發現填滿其間空間的微弱射電輻射。

最新射電影像顯示，整個星系團都被一層微弱的射電輝光包圍，範圍將近銀河系直徑的20倍，暗示著某種更龐大、更強大的力量正在作用。

「我們原本預期會看到星系團邊緣的一對明亮遺跡，這與先前觀測相符，但意外的是，我們發現整個星系團都在射電波段發光。」哈佛史密松天體物理中心的Kamlesh Rajpurohit博士表示。

「如此龐大的高能粒子雲，在這個或任何其他星系團中都前所未見。」

先前的紀錄保持者是星系團Abell 2255周圍約1,630萬光年的結構。

在星系團中心深處，Rajpurohit博士團隊還發現了一個直徑約1,140萬光年的射電暈(radio halo)，這是在2.4GHz頻段首次觀測到如此大尺寸的射電暈。

這些發現帶給研究團隊許多疑問，因為它們強烈顯示宇宙射線電子和磁場一直延伸到星系團最外圍的證據。

然而，這些電子如何在如此大範圍內被加速，目前仍是未解之謎。

「通常只有低頻觀測才能看到這種超大範圍射電暈，因為產生輻射的電子已經失去能量——它們年代久遠且隨著時間冷卻。」Rajpurohit博士解釋。

「但這次發現的巨型射電暈不僅充滿整個星系團，甚至延伸到巨大衝擊波之外。」

「這表示有某種機制正在主動加速或重新加速電子，但現有的理論模型都無法完美解釋。」

「我們推測可能是巨型衝擊波或湍流所致，但仍需更多理論模型才能找到確切答案。」

這項發現為研究宇宙磁場——天體物理學重大未解之謎之一——提供了新途徑，有助理解磁場如何在大尺度上塑造宇宙結構。

「我們正以前所未有的方式觀察宇宙。」Rajpurohit博士說。

「這意味著我們必須重新思考能量和物質如何在最大尺度結構中流動。」

由史密松天體物理臺操作的錢德拉X射線天文臺觀測顯示，星系團的熱氣體中出現了箱形結構、彗星狀尾巴和其他特徵，表明該星系團正處於劇烈擾動狀態。

其中一些X射線特徵與射電觀測到的結構吻合，暗示由星系團合併產生的巨型衝擊波和湍流正在加速電子。

「在星系團中心，這些特徵可能是兩個較小星系團合併的結果，也可能是超大質量黑洞噴發所致，或者兩者皆有。」