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天文学家将望远镜数据结合到对星系团进一步研究

2018-05-16
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星系团是巨大的数百甚至数千个星系的集合体,巨大的热气藏储存在大量的暗物质云中,这种看不见的物质不会发射或吸收光,但可以通过其引力效应来检测。这些宇宙巨人不仅仅是大小或周长的新奇 - 而是它们代表了理解我们的整个宇宙如何在过去发展以及未来可能走向何方的途径。

要了解更多关于星团的信息,包括他们如何通过碰撞成长,天文学家已经使用了一些世界上最强大的望远镜,看着不同类型的光。他们将这些望远镜的长时间观测集中在六个星系团上。这个星系团项目的名字是“Frontier Fields”。

这些前沿场星系团中的两个,MACS J0416.1-2403(缩写为MACS J0416)和MACS J0717.5 + 3745(缩写为MACS J0717)在这里以一对多波长图像为特征。

距离地球大约43亿光年,MACS J0416是一对相互碰撞的星系团,最终将形成更大的星系团。已知最复杂和扭曲的星系团之一MACS J0717是四个星团之间碰撞的地点。它距离地球约54亿光年。

这些MACS J0416和MACS J0717的新图像包含来自三个不同望远镜的数据:美国宇航局的钱德拉X射线天文台(蓝色漫射),哈勃太空望远镜(红色,绿色和蓝色),以及NSF的Jansky超大阵列(漫射发射粉红色)。如果X射线和无线电发射重叠,图像显示紫色。天文学家还使用印度巨型Metrewave射电望远镜的数据研究MACS J0416的性质。

Chandra的数据显示,气体在数百万度的温度下合并。光学数据显示星团内的星系以及位于星团后面的其他较远的星系。这些背景星系中的一些由于引力透镜,大量物体对光的弯曲而高度扭曲。这种效应还可以放大这些物体的光线,使天文学家能够研究背景星系,否则这些星系太弱而无法检测到。最后,无线电数据结构中的巨大震荡波和湍流。这些冲击与集群合并产生的音爆相似。

以下是两篇独立论文中介绍的MACS J0416和MACS J0717多波长研究的新结果。

MACS J0416

天文学家对MACS J0416的一个未解决的问题是:我们是否在这些集群中发生了即将发生或已经发生的碰撞?直到最近,科学家们一直无法区分这两种解释。现在,这些各种望远镜的综合数据提供了新的答案。

在MACS J0416中,暗物质(在光学数据中留下它的重力印记)和热气体(由钱德拉检测到)彼此很好地排列在一起。这表明集群在碰撞之前已经被捕获。如果在碰撞后观察到这些团簇,暗物质和热气应该彼此分离,如着名的碰撞团簇系统Bullet Cluster中所见。

左上方的星团包含一个热气体紧凑核心,最容易在经过特殊处理的图像中看到,并且还显示了附近腔体或X射线发射气体中的孔洞的证据。这些结构的存在也表明最近没有发生重大碰撞,否则这些特征可能会被打乱。最后,无线电图像中缺乏尖锐的结构提供了更多证据表明碰撞尚未发生。

在位于右下角的聚类中,观察者注意到聚类南端的密度急剧变化。这种密度的变化很可能是由于这个星团和位于右下角的较小的结构之间的碰撞造成的。

MACS J0717

在这个星团的Jansky超大型阵列图像中,观察到七个引力透镜源,所有点源或几乎不比点大的源。这使得MACS J0717成为拥有最多已知透镜无线电源的集群。钱德拉图像中也检测到两个透镜源。作者只知道另一个星系团背后的透镜X射线源。

所有透镜射电源都是位于离地球7.8至104亿光年的星系。无线电波长的星系的亮度表明它们含有以高速率形成的恒星。如果没有透镜放大,这些无线电源中的一些太微弱,无法用典型的无线电观测来检测。 Chandra图像中检测到的两个透镜X射线源可能是位于星系中心的活动星系核(AGN)。 AGN是紧凑的发光源,由于它向超大质量黑洞下降,因此被加热到数百万度的气体供电。这两个X射线源在没有透镜的情况下会被检测到,但会变暗两到三倍。

MACS J0717中的大量无线电发射弧与MACS J0416中的无线电发射有很大不同,因为前一个目标发生多次碰撞而产生的冲击波。 MACS J0717中的X射线发射具有更多团块,因为有四个团队剧烈碰撞。

Georgiana Ogrean在哈佛 - 史密松天体物理中心领导MACS J0416研究工作,目前在斯坦福大学。描述这些结果的论文发表在2015年10月20日的“天体物理学杂志”上。 MACS J0717的研究由哈佛 - 史密松天体物理中心的Reinout van Weeren领导,并于2016年2月1日出版的“天体物理学杂志”上发表。

美国国家航空航天局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心负责管理华盛顿美国宇航局科学任务局的钱德拉计划。位于马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理观测站控制钱德拉的科学和飞行运行。

PDF研究副本:

Frontier Fields集群:Chandra和JVLA预合并集群MACS的视图J0416.1-2403 Frontier Fields集群背后的透镜无线电和X射线源的发现MACS J0717.5 + 3745与JVLA和Chandra

来源:钱德拉X射线天文台