望远镜组合观测哈勃前沿场的2个星系团

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-03-27 22:59:32 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:4580次 ]

原文标题:Telescopes Combine to Push Frontier on Galaxy Clusters

原文作者:Megan Watzke,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.3.10

翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.3.10:为了更多地了解星系团,包括它们如何通过合并而成长,天文学家需要把全球最强大的望远镜组合起来,在不同的电磁波段观测它们。他们已经用这些强大的望远镜长时间聚焦于六个星系团,这些星系团就是“哈勃科学前沿场”的观测对象。本例就是其中的两个的多波段合同图像,左边是MACS J0717.5+3745,右边是MACS J0416.1-2403。

望远镜组合拍摄的2个星系团。大图:2.0MB,版权:NASA、ESA,CSC,VLA;下同。

星系团是成百上千星系的巨大集合,储存了巨量的炽热气体,它们整体深嵌于广袤的超大质量暗物质云中,暗物质既不发射也不吸收光,但可以通过引力效应探测到它。这些宇宙巨大并不仅是尺寸上显得巨大,它们还是理解过去整个宇宙如何演化的入口,并告诉我们未来的宇宙主角在哪里。

为了更多地了解星系团,包括它们如何通过合并而成长,天文学家需要把全球最强大的望远镜组合起来,在不同的电磁波段观测它们。他们已经用这些强大的望远镜长时间聚焦于六个星系团,这项研究就是“(哈勃)科学前沿场”项目。

本例就是其中的两个的多波段合同图像,左边是MACS J0717.5+3745(缩写MACS J0717),右边是MACS J0416.1-2403(缩写MACS J0416)。

这些新图像来自三个不同的望远镜:美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,在图中以红绿蓝三色呈现的光学图像;NASA的钱德拉(Chandra)X线空间望远镜,以弥散的蓝色呈现;美国国家科学基金会(NSF)的卡尔·央斯基(Karl G.Jansky)甚大射电阵列(VLA),以弥散的粉红呈现。粉红和蓝色重叠的区域,呈现为紫色。天文学家还使用印度的巨型米波(Metrewave)射电望远镜的数据研究MACS J0416。

MACS J0416的合成图像,蓝色主要表示其中的暗物质分布。大图:84MB

钱德拉显示的合并星系团中的气体,温度高达数百万度(这里的气体是极其稀薄的等离子体,温度主要表征粒子运动速度高,译注)。哈勃图像显示星系团中的星系以及更遥远得多的背景星系。由于星系团巨大质量产生的强引力透镜效应,部分背景星系的形状严重扭曲。该效应还能放大它们的光,使得天文学家能够研究这些因过于暗淡而本来无法研究的遥远星系。最后,射电图像追踪显示星系团碰撞产生的巨大冲击波和湍流结构,这种冲击波类似地面上的音爆效果。对MACS J0416和 MACS J0717的新研究,分别叙述如下:

MACS J0416离地球约43亿光年,是一对正要相撞的星系团,最终将合并为一个巨型星系团。MACS J0416的研究由当年在哈佛-史密松天体物理学中心的Georgiana Ogrean领导,他现在斯坦福大学工作。研究报告已经发表在2015.10.20刊发的《天体物理学报》在线版上。

天文学家关于MACS J0416的一个争议话题是:我们看到的星系团碰撞,是刚要开始,还是已经发生很久?就在不久前,科学家还无法得出正解。现在,结合了多个望远镜的观测数据给出了新答案。

PDF插图,MACS J0416的米波图像。

在MACS J0416中,暗物质(通过其引力作用在光学图像中显示其存在)和热气体(由钱德拉X线望远镜探测到)整齐地排列在一起。研究结果揭示了极早期宇宙性质的 令人惊讶的新线索。这意味着,我们看到的星系团尚未开始相撞。如果我们看到的是碰撞后的星系团,那么暗物质和热气体将明显分离,就像著名的子弹星系团中的 那样。

在特别处理过的图像中,很容易注意到星系团左上方有一个致密的热气体核,以及核心旁边的空腔,或缺乏X线辐射的空洞(但此处仍有大量星系)。这种结构同样暗示主要的碰撞尚未发生,否则这些(规整的)结构都将被破坏。最后,射电图像中缺乏尖锐的结构提供了更多的证据,说明碰撞尚未开始。

在星系团的右下方,观测者团队注意到星系团南方边缘处密度的急剧变化。这很可能是星系团与位于更右下方图像外的大质量结构发生碰撞所造成的。

MACS J0717的多波段合成图,大图:19MB

MACS J0717离我们约54亿光年,是已知最复杂、扭曲的星系团之一,它是四个星系团相撞的产物。MACS J0717的研究由哈佛-史密松(Harvard-Smithsonian)天体物理学中心的Reinout van Weeren,研究报告已经发表在2016.2.1出刊的《天体物理学报》在线版上。

在MACS J0717的图像中,我们一定会注意到两条红色射电弧,它与MACS J0416的图像形成鲜明区别。这是因为MACS J0717中有4个星系团发生多次相撞,产生了巨大的冲击波。同样的,它的X线图像(蓝色)也明显成团块分布、密度不匀。

在MACS J0717的央斯基甚大射电阵列(JVLA)图像中,能看到7个引力透镜源,所有这些源都只比普通的点源(来自恒星类天体,译注)稍微大了一点点。但是,MACS J0717还是由此成为拥有最多引力透镜射电源的星系。其中的2个源也能在X线图像中看到,研究团队意识到这2个源应该在星系团后方。

图像中所有的射电源都是星系,离地球在78亿到104亿光年之间(明显地比星系团本身更远)。它们在射电频段的高亮度意味着正在高速制造恒星,如果没有引力透镜的汇聚帮助,部分源会因为过于暗淡而无法被当前的射电望远镜看到。被钱德拉探测到的2个X线透镜源,看起来像是活动星系核(AGN)。AGN是由星系中央的超大质量黑洞驱动的致密、高光度星系核心,其中的气体落向黑洞而被加热到数百万度,并由此发出强烈辐射(当我们恰好看到黑洞喷流时,就是类星体,译注)。这2个源没有引力透镜相助应该也能被发现,但会黯淡2-3倍。

PDF插图2,MACS J0717的射电源和X源,蓝色表示位于星系团后方,其中双圈的表示至少放大到2倍;红色表示星系团本身或前方;青色为尚未确定距离。

Tags:钱德拉 VLA 星系团

责任编辑:gohomeman1

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