利用ESO是合作伙伴的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)，天文學(xué)家在蜘蛛網(wǎng)星系周圍仍在形成的星系團中發(fā)現(xiàn)了大量熱氣體 - 這是迄今為止對這種熱氣體的最遙遠的探測。星系團是宇宙中已知的最大的物體之一，今天發(fā)表在《自然》雜志上的這一結(jié)果進一步揭示了這些結(jié)構(gòu)開始形成的時間有多早。

顧名思義，星系團擁有大量的星系，有時甚至數(shù)千個。它們還包含一個巨大的“星系團內(nèi)介質(zhì)”(ICM)，滲透到星系團中星系之間的空間。事實上，這種氣體的重量遠遠超過了星系本身。星系團的大部分物理學(xué)都很好理解;然而，對ICM形成的最早階段的觀察仍然很少。

以前，ICM只在完全形成的附近星系團中進行過研究。在遙遠的原星系團(即仍在形成的星系團)中探測ICM，將使天文學(xué)家能夠在形成的早期階段捕捉到這些星團。由該研究的第一作者、意大利的里雅斯特大學(xué)研究員盧卡·迪·馬斯科洛(Luca Di Mascolo)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組熱衷于從宇宙早期階段的原星團中探測ICM。

星系團是如此之大，以至于它們可以將氣體聚集在一起，當(dāng)氣體落向星系團時會升溫。“十多年來，宇宙學(xué)模擬一直預(yù)測原星團中存在熱氣體，但缺乏觀測確認(rèn)，”意大利的里雅斯特意大利國家天體物理研究所(INAF)研究員Elena Rasia解釋說。“追求這種關(guān)鍵的觀測確認(rèn)使我們仔細選擇了最有希望的候選原集群之一。

那是蜘蛛網(wǎng)原星團，位于宇宙只有3億年歷史的時代。盡管是研究最深入的原星團，但ICM的存在仍然難以捉摸。在蜘蛛網(wǎng)原星系團中發(fā)現(xiàn)大量熱氣體將表明該系統(tǒng)正在成為一個適當(dāng)?shù)模志玫男窍祱F，而不是分散。

Di Mascolo的團隊通過所謂的熱Sunyaev-Zeldovich(SZ)效應(yīng)檢測了蜘蛛網(wǎng)原集群的ICM。當(dāng)來自宇宙微波背景的光(大爆炸的遺物輻射)通過ICM時，就會發(fā)生這種效應(yīng)。當(dāng)這種光與熱氣體中快速移動的電子相互作用時，它獲得了一點能量，其顏色或波長略有變化。“在正確的波長下，SZ效應(yīng)因此表現(xiàn)為星系團在宇宙微波背景上的陰影效應(yīng)，”Di Mascolo解釋說。

通過測量宇宙微波背景上的這些陰影，天文學(xué)家可以推斷出熱氣體的存在，估計其質(zhì)量并繪制其形狀。“由于其無與倫比的分辨率和靈敏度，ALMA是目前唯一能夠?qū)Υ筚|(zhì)量星團的遠祖進行這種測量的設(shè)施，”Di Mascolo說。

他們確定蜘蛛網(wǎng)原集群包含溫度為幾千萬攝氏度的巨大熱氣體庫。以前，在這個原星團中已經(jīng)檢測到冷氣體，但在這項新研究中發(fā)現(xiàn)的熱氣體的質(zhì)量比它重數(shù)千倍。這一發(fā)現(xiàn)表明，蜘蛛網(wǎng)原星系團確實有望在大約10億年內(nèi)變成一個巨大的星系團，其質(zhì)量至少增加十倍。

該論文的合著者兼ESO研究員Tony Mroczkowski解釋說：“這個系統(tǒng)表現(xiàn)出巨大的對比。隨著系統(tǒng)的發(fā)展，熱組件將破壞大部分冷組件，我們正在見證一個微妙的轉(zhuǎn)變。他的結(jié)論是，“它為關(guān)于宇宙中最大的引力束縛物體形成的長期理論預(yù)測提供了觀測證實。

這些結(jié)果有助于為ALMA和ESO即將推出的超大望遠鏡(ELT)之間的協(xié)同作用奠定基礎(chǔ)，該望遠鏡“將徹底改變蜘蛛網(wǎng)等結(jié)構(gòu)的研究，”該研究的合著者兼的里雅斯特天文臺研究員Mario Nonino說。ELT及其最先進的儀器，如HARMONI和MICADO，將能夠窺視原星系團，并非常詳細地告訴我們其中的星系。結(jié)合ALMA追蹤形成ICM的能力，這將為早期宇宙中一些最大結(jié)構(gòu)的組裝提供重要的一瞥。