发布单位：台北市立天文科学教育馆
星系团藉由与其他的星系团合并使其质量增加，星系团的合并会产生如冲击波等高能现象，这对发出高热X光的星系团内介质（intracluster medium，简称ICM）之温度变化有很大影响。星系团内介质是弥漫在星系团内的超高热电浆，其温度高达千万甚至数亿K，发出强烈的X射线。而星系团合并的冲击波则可以将ICM的温度从约1000万K提高到几亿K，但其加热机制为何目前还不清楚。
一般来说，解释冲击波加热机制的理论有两种，分别是瞬间平衡和绝热压缩。瞬间平衡模型认为电子会迅速与离子达到相同温度；绝热压缩模型则认为电子先被压缩加热，然后再慢慢与离子达到相同温度。在超新星爆炸所引发的冲击波加热星际介质（interstellar medium，简称为ISM）现象，可以用瞬间平衡模型来解释，其冲击波的强度（马赫数）通常大于10。但星系团合并的冲击波强度大约为1～3，因此不确定是否能用相同的机制来解释。为了区分这两种模型，天文学家需要精确测量冲击波后区的ICM三维温度分布。
图说：钱卓拉X射线天文台观测到主合并星系团Abell 520的X光表面亮度影像（左）以及使用前向模型法获得的该星系团某一区域的三维ICM温度剖面图（右）。在该星系团右侧的弯曲结构对应于星系团合并过程中产生的冲击波前，并且在冲击波前沿处，ICM的温度瞬间升高（右图红线表ICM温度，蓝色垂直虚线表此区的冲击波前）。图片来源：上田周太朗
由台湾中研院天文所的研究团队使用钱卓拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）观测资料，并首度采用前向模型方法，分析两个星系团合并的冲击波前，此方法可以同时测量ICM的三维热力学结构。结果发现ICM在冲击波前的温度最高；其次在冲击波后延伸至约300千秒差距的区域，ICM保持约10 keV的恒温。虽然这些结果与瞬间平衡模型相符，但天文学家仍需要更多的证据，来确认瞬间平衡模型是否真的能有效解释冲击波加热机制。由于此次使用的模型方法有助于探索横跨冲击波的ICM三维温度分布，因此对于下一代X光观测如XRISM卫星，和阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列对苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应（Sunyaev-Zel’dovich effect，简称SZ效应）的观测也具有重要的意义。相关研究成果发表于2024年9月23日出版的天文物理期刊《Astronomical Journal》上。（编译/台北天文馆赵瑞青）
资料来源：中研院天文所