天文学家发现一股巨大的热气在珀尔修斯星系团中滚动

一列跨越200,000光年的热气在珀尔修斯星系团中滚动。

将来自NASA钱德拉X射线天文台的数据与无线电观测和计算机模拟相结合，科学家们在英仙座星系团中发现了大量的热气。该波跨越约20万光年，约为银河系的两倍。

研究人员说，数十亿年前，在一个小型星系团掠过珀尔修斯并导致其巨大的天然气供应在巨大空间周围晃动之后，该波就形成了。

“珀尔修斯是附近最大的星团之一，也是X射线中最亮的星团之一，因此钱德拉的数据为我们提供了无与伦比的细节，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的首席科学家斯蒂芬·沃克说。“我们发现的浪潮与较小集群的掠过相关，这表明产生这些巨型结构的合并活动仍在进行中。”

据美国宇航局钱德拉X射线天文台的观测结果以及计算机模拟显示，横跨珀尔修斯星系团的波速超过20万光年。模拟显示了由于星系团远距离掠过而引起的引力干扰，其质量约为英仙座团的质量的十分之一。该事件使珀尔修斯星团中心的较冷气体形成了一个巨大的膨胀螺旋，最终在其外围形成了持续了数亿年的巨浪。像这样的合并事件被认为每隔三到四十亿年发生在英仙座这样的集群中。

描述这些发现的论文发表在2017年6月的《皇家天文学会月刊》上。

银河星团是当今宇宙中受重力限制的最大结构。英仙座星系星团以其宿主星座而得名，大约在1100万光年，相距约2.4亿光年。像所有星系团一样，它的大部分可观测物质都以平均数千万度的弥散性气体的形式出现，因此热时它仅在X射线中发光。

钱德拉（Chandra）的观测揭示了这种气体的各种结构，从星团中央星系NGC 1275的超大质量黑洞吹出的巨大气泡，到被称为“海湾”的神秘凹入特征。

该动画在英仙座星系团的两个不同的热气视图之间分解。首先是钱德拉在英仙座星团中心区域的热气最佳视图，其中红色，绿色和蓝色分别表示能量较低的X射线和能量较高的X射线。较大的图像会在更宽的视野范围内合并其他数据。它经过特殊处理，可以增强边缘的对比度，从而揭示气体中的细微结构。该波浪以底部附近的向上弯曲曲线为中心，以大约7点钟为中心。

海湾的凹形不可能是由黑洞发射的气泡形成的。在新墨西哥州中部使用Karl G.Jansky超大型阵列进行的无线电观测表明，海湾结构不产生辐射，这与科学家对与黑洞活动有关的特征所期望的相反。另外，晃动气体的标准模型通常会产生沿错误方向弧形的结构。

沃克和他的同事们转向了钱德拉对英仙座星团的现有观测资料，以进一步研究海湾。他们将能量为700至7,000电子伏特的总共10.4天的高分辨率数据与5.8天的宽视场观测结果结合在一起。为了比较，可见光的能量在大约两个电子伏特和三个电子伏特之间。然后，科学家过滤了钱德拉（Chandra）数据，以突出显示结构的边缘并揭示出细微的细节。

接下来，他们将边缘增强后的珀尔修斯图像与由马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心天体物理学家约翰·祖霍恩（John ZuHone）开发的合并星系团的计算机模拟进行了比较。这些模拟是在加利福尼亚硅谷Ames研究中心的NASA高级超级计算部门操作的Pleiades超级计算机上运行的。尽管他没有参与这项研究，但ZuHone将他的模拟收集到一个在线目录中，以帮助天文学家研究星系团。

ZuHone说：“银河系集群合并代表了宇宙结构形成的最新阶段。”合并星团的水动力模拟使我们能够在热气中产生特征并调整物理参数，例如磁场。然后，我们可以尝试匹配在X射线中观察到的结构的详细特征。

一种模拟似乎可以解释海湾的形成。该仿真如上所示。在其中，类似于珀尔修斯（Perseus）的大型星团中的气体已分解为两个部分：温度在5400万华氏度（3000万摄氏度）左右的“冷”中心区域，以及天然气温度高出三倍的周围区域。然后，一个包含银河质量约一千倍的小星系团绕着较大的星团，使它的中心缺失了约65万光年。

飞越产生了引力扰动，搅动了气体，就像搅入咖啡中的奶油一样，产生了不断扩大的冷气螺旋。在大约25亿年后，当气体从中心升起将近50万光年时，巨大的波浪在其外围形成并滚动了数亿年，然后才消散。

这些波是Kelvin-Helmholtz波的巨型版本，每当两种流体的界面之间存在速度差时（例如，在水上吹来的风），它们就会出现。它们可以在海洋中，地球和其他行星的云层中，地球附近的等离子体中，甚至在太阳中找到。

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