“大胖子”星系團(tuán)的編號(hào)為ACT-CL J0102-4915，包含了數(shù)百個(gè)的星系。根據(jù)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的最新觀測(cè)結(jié)果，該星團(tuán)的質(zhì)量可能與3千萬(wàn)億顆太陽(yáng)相當(dāng)，約為銀河系質(zhì)量的3000倍。
形態(tài)結(jié)構(gòu)
ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)是截至北京時(shí)間2014年4月9日發(fā)現(xiàn)的最大型早期宇宙星系團(tuán)，其規(guī)?？赡鼙仍阮A(yù)計(jì)的還要大一些。據(jù)美國(guó)航空航天局（NASA）哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的最新觀測(cè)結(jié)果顯示（ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)稱(chēng)之為“El Gordo”星系團(tuán)昵稱(chēng)為“大胖子”），其所容納的質(zhì)量可能與三千萬(wàn)億（3乘以10的15次方）顆太陽(yáng)相當(dāng)。這比原先科學(xué)家所估計(jì)的值大了43%。
研究數(shù)據(jù)
ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)距離地球超過(guò)70億光年。因此，天文學(xué)家觀測(cè)到的信號(hào)，實(shí)際上已經(jīng)有將近一半的宇宙年齡（約138億年）。在2012年的報(bào)道中，“大胖子”星系團(tuán)的質(zhì)量大致相當(dāng)于2千萬(wàn)億顆太陽(yáng)。研究者利用美國(guó)航空航天局的錢(qián)德拉X射線(xiàn)天文臺(tái)和歐洲南方天文臺(tái)位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡陣列，對(duì)星系團(tuán)內(nèi)部的氣體溫度以及星系的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，估算出了這一數(shù)據(jù)。不過(guò)，該結(jié)果存在著一些偏差，原因主要是該星系團(tuán)可能是兩個(gè)星系團(tuán)之間碰撞的結(jié)果。
這一星系團(tuán)是科學(xué)家在這一距離和更遠(yuǎn)距離尺度上迄今所觀察到的質(zhì)量最為巨大，溫度最高，X輻射最劇烈的星系團(tuán)。
研究理論
科學(xué)家們能夠發(fā)現(xiàn)“大個(gè)子”星系團(tuán)的存在，還要感謝蘇尼阿耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)，即所謂的SZ效應(yīng)。在這一現(xiàn)象中，宇宙微波背景輻射發(fā)出的光子和星系團(tuán)等天體內(nèi)部高溫氣體中的電子發(fā)生相互作用，在此過(guò)程中光子獲得能量，其結(jié)果是造成信號(hào)的扭曲，從微波背景輻射偏向星系團(tuán)的方向。這種扭曲的程度取決于高溫電子溫度的密度，以及星系團(tuán)本身的大小。美國(guó)航空航天局錢(qián)德拉X射線(xiàn)空間望遠(yuǎn)鏡和8米口徑的歐洲南方天文臺(tái)甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)“大個(gè)子”星系事實(shí)上是兩個(gè)獨(dú)立的星系團(tuán)正相向而行，以每小時(shí)700萬(wàn)英里(約合1126.5萬(wàn)公里)的速度相互接近。
研究意義
星系團(tuán)是宇宙中由引力維系的最大尺度天體，它們是由更小規(guī)模上的星系和星系團(tuán)逐漸在引力作用下聚合形成的。由于這種形成過(guò)程取決于宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的多寡，因此對(duì)這種星系團(tuán)進(jìn)行研究將可以反過(guò)來(lái)幫助我們加深對(duì)暗物質(zhì)和暗能量的了解。
研究歷程
研究共同作者、來(lái)自羅格斯大學(xué)的約翰·休斯（John Hughes）指出，“我們想知道一個(gè)處于碰撞過(guò)程之中的星系團(tuán)是什么樣的，以及這場(chǎng)碰撞如何影響X射線(xiàn)氣體和星系運(yùn)動(dòng)，”“因此，由于復(fù)雜的碰撞融合狀態(tài)，我們對(duì)星系團(tuán)質(zhì)量的估算上還存在著一些疑問(wèn)?！?/p>
星系團(tuán)融合中的幾何學(xué)計(jì)算有可能使研究者無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)ACT-CL J0102-4915”星系團(tuán)的動(dòng)能，從而低估了星系團(tuán)的質(zhì)量。根據(jù)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的最新觀測(cè)結(jié)果可知，事情正是如此。詹姆斯·吉和他的團(tuán)隊(duì)利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，對(duì)ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)的巨大引力如何使其后面的星系圖像發(fā)生扭曲進(jìn)行了測(cè)定。扭曲的角度經(jīng)過(guò)換算，便得出了大約相當(dāng)于3千萬(wàn)億顆太陽(yáng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)。
天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了距離地球較近的、規(guī)模類(lèi)似“大胖子”的星系團(tuán)，但后者極端的距離使其與眾不同。天文學(xué)家認(rèn)為，如此巨大的星系團(tuán)在宇宙早期是非常罕見(jiàn)的。
研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡繼續(xù)對(duì)“大胖子”星系團(tuán)進(jìn)行研究。該星系團(tuán)如此巨大，以至于無(wú)法完全進(jìn)入哈勃望遠(yuǎn)鏡的視野中。研究者打算下一步先獲取一張拼接圖片。來(lái)自伊利諾伊大學(xué)的費(fèi)利佩(Felipe Menanteau)指出：“可以說(shuō)ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)真是個(gè)“大胖子”，但我們不知道他的腿腳長(zhǎng)什么樣子，因此我們還需要一個(gè)更大的視野，來(lái)獲得整個(gè)的全貌圖片。”
研究結(jié)果
ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)由兩個(gè)單獨(dú)的子星系團(tuán)對(duì)撞而成，碰撞時(shí)速達(dá)數(shù)百萬(wàn)公里（~500km/s）。由于它距離我們極遠(yuǎn)，星系發(fā)出的光需要幾十億年才能到達(dá)地球（紅移z=0.87）。
研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)、美國(guó)羅格斯大學(xué)的Felipe Menanteau解指出： “在如此遙遠(yuǎn)及更遠(yuǎn)距離上，它是已知質(zhì)量最大、溫度最高、發(fā)射X線(xiàn)輻射最多的星系團(tuán)。我們?yōu)榇送度肓舜罅康挠^測(cè)時(shí)間，令我們高興的是，我們賭對(duì)了——發(fā)現(xiàn)了頗不尋常的星系團(tuán)相撞?！?/p>
在宇宙中，星系團(tuán)是通過(guò)引力維系在一起的最大天體。它們形成的過(guò)程——小星系群合并的過(guò)程，與當(dāng)時(shí)的暗物質(zhì)、暗能量的密度緊密相關(guān)。因此，研究星系團(tuán)就是這些神秘的宇宙黑箱中漏出的一絲光芒。
團(tuán)隊(duì)成員、同樣來(lái)自羅格斯大學(xué)的杰克 休斯（Jack Hughes）指出：“這樣的巨型星系團(tuán)正是我們計(jì)劃要尋找的。我們正想看看，借助當(dāng)前最好的宇宙模型，能否解釋那些極端天體是怎樣形成的?！?/p>
由羅格斯大學(xué)和智利天文學(xué)家領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)測(cè)量宇宙微波背景輻射的不均衡程度發(fā)現(xiàn)了ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)。宇宙背景輻射是137億年前宇宙大爆炸后，稠密而熾熱的宇宙空間輻射的暗弱余輝。當(dāng)這些輻射余輝與星系團(tuán)中熾熱等離子體的電子相遇時(shí)，電磁相互作用就會(huì)在背景輻射中留下印跡(注2)。星系團(tuán)越大越稠密，印跡越明顯。ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)就是在阿塔卡瑪宇宙望遠(yuǎn)鏡的背景輻射中國(guó)空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡中發(fā)掘出來(lái)的。
團(tuán)隊(duì)使用ESO的VLT測(cè)量了巨大星系團(tuán)中相撞星系的速率，和它們離地球的距離；還用錢(qián)德拉X線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡研究了星系團(tuán)的熱氣體。
雖然像ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)這樣巨大而遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)很罕見(jiàn)，但研究報(bào)告的作者們認(rèn)為，新成果還是與我們當(dāng)前對(duì)宇宙的主流認(rèn)識(shí)相符：大爆炸后的宇宙主要由暗物質(zhì)、暗能量主宰。
ACT-CL J0102-4915星系團(tuán)的形成很可能與子彈星系團(tuán)類(lèi)似，后者是一個(gè)離地球約40億光年、壯觀的相互作用星系團(tuán)。在兩個(gè)星系團(tuán)中，都有證據(jù)表明，主要由熾熱的發(fā)射明亮X線(xiàn)的氣體組成的普通物質(zhì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在暗物質(zhì)后面。原因是普通物質(zhì)在相撞時(shí)（因電磁相互作用而）減速，而暗物質(zhì)不會(huì)。
參考資料 >
哈勃發(fā)現(xiàn)大胖子星系團(tuán):質(zhì)量約三千萬(wàn)億顆太陽(yáng).新浪網(wǎng).2014-04-09
國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了宇宙中最大星系團(tuán).騰訊網(wǎng).2014-04-09