“死亡”星系團(tuán)再次形成恒星，天文學(xué)家不知道為什么

鳳凰星系團(tuán)是已知質(zhì)量最大的星系團(tuán)之一。到目前為止，天文學(xué)家已經(jīng)確定了 42 個(gè)成員星系，但該星系團(tuán)中可能有多達(dá) 1,000 個(gè)。由于它的大小和年齡，它應(yīng)該以年輕星系特有的旺盛的恒星形成來完成。

但事實(shí)并非如此。

恒星的形成需要寒冷、致密的氣體。熱氣體抵抗坍縮成恒星核心，這些核心成為原恒星，然后是主序星。舊的星系和星系團(tuán)要么用完了它們的冷氣體，要么被剝離了。

這些被稱為“猝滅”星系。就恒星的形成而言，星系可以分為紅色序列，意思是古老和淬滅的星系，或藍(lán)色云，這意味著有更活躍的恒星形成。

鳳凰星系團(tuán)的中心星系距離地球約 58 億光年，應(yīng)該大部分是恒星形成完成的。許多星系團(tuán)在星系團(tuán)內(nèi)介質(zhì) （ICM） 中都有一個(gè)熱氣體區(qū)域。在一個(gè)典型的星系中，這種氣體會(huì)冷卻下來并滋養(yǎng)恒星的形成。

然而，觀測(cè)表明，這些星系中恒星形成的速度非常低，而且沒有證據(jù)表明存在冷氣體。天文學(xué)家將這種差異稱為“冷卻流問題”，這導(dǎo)致了這個(gè)問題：為什么 ICM 沒有冷卻并形成新的恒星？

對(duì)此的主要答案是黑洞來自活躍星系核的射流正在加熱氣體并阻止其形成恒星。

鳳凰星系團(tuán)的中心星系應(yīng)該大部分是恒星形成完成的。然而，它有一個(gè)非常明亮的核心，這是典型的旺盛恒星形成的典型特征。不知何故，鳳凰星團(tuán)有一個(gè)冷氣體源，為恒星的誕生提供了燃料。

它是以某種方式自我生成的嗎？它是從年輕的星系中涌入的嗎？

在新的研究中，科學(xué)家們使用 JWST 探測(cè)了星系團(tuán)的核心。他們之所以這樣做，是因?yàn)橹坝闷渌h(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀測(cè)表明，這個(gè)核心非常明亮，表明恒星誕生得很兇猛。由于這與天文學(xué)家認(rèn)為他們對(duì)此類星團(tuán)的了解相矛盾，因此他們的好奇心被激起了。

這項(xiàng)研究發(fā)表在自然界的標(biāo)題為”直接對(duì) Phoenix 集群中的冷卻流進(jìn)行成像。“該研究的主要作者是麻省理工學(xué)院卡弗里天體物理學(xué)和空間研究所的物理學(xué)研究生邁克爾·里夫（Michael Reefe）。

麻省理工學(xué)院物理學(xué)副教授、這項(xiàng)研究的合著者邁克爾·麥克唐納 （Michael McDonald） 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)于 2010 年使用南極望遠(yuǎn)鏡.

兩年后，他們用多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡再次觀測(cè)到它。他們發(fā)現(xiàn)，由于極端的恒星形成，星系團(tuán)中的中心星系出乎意料地明亮。研究人員表示，每年可能形成多達(dá) 1,000 顆恒星，與銀河系相比，這是一個(gè)驚人的數(shù)字，根據(jù)一些研究，銀河系每年形成的恒星不到 10 顆。

在之前的觀測(cè)中，天文學(xué)家在鳳凰星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了一些非常熱的氣體和一些非常冷的氣體。他們觀察到了大約 100 萬華氏度的超熱氣體和僅 10 開爾文或絕對(duì)零度以上 10 度的極冷氣體區(qū)域。

熱氣并不罕見，因?yàn)槌筚|(zhì)量黑洞（SMBH） 可以發(fā)射能量極高的射流，可以加熱氣體。當(dāng)一個(gè)星系年輕時(shí)，其中一些氣體會(huì)冷卻并形成恒星。鳳凰星系團(tuán)的中心星系也有一些涼爽的氣體。之前的觀測(cè)表明，中間沒有暖氣體，這很奇怪。Phoenix 集群中的冷卻流問題有答案嗎？

研究人員推斷，如果鳳凰中心星系以某種方式產(chǎn)生了檢測(cè)到的冷氣體，那么一定有介于熱氣體和冷氣體之間的暖氣體。這就是 JWST 的用武之地。

JWST 憑借其強(qiáng)大的紅外功能，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些暖氣體。這表明該星團(tuán)能夠產(chǎn)生恒星形成所需的冷氣體，因?yàn)榕瘹怏w是極端溫度之間轉(zhuǎn)變的證據(jù)。

基于氖發(fā)射的新 JWST 觀測(cè)提供了鳳凰星系團(tuán)中溫度在 100,000 到 1,000,000 開爾文之間的第一張大比例尺氣體圖。

他們?cè)?MIRI 上使用中分辨率光譜儀并收集了 12 小時(shí)的紅外數(shù)據(jù)。他們正在尋找氖氣發(fā)出的特定波長(zhǎng)的光，約為 300,000 K 或 540,000 F。這表明存在中間暖氣體，這將是冷卻的證據(jù)。

至關(guān)重要的是，氖氣與其他特征（如最冷的氣體和活躍恒星形成的地點(diǎn)）共空間。這是支持中間氣體、其冷卻和恒星形成之間直接聯(lián)系的證據(jù)。

“這種 300,000 度的氣體就像一個(gè)霓虹燈，在特定波長(zhǎng)的光下發(fā)光，我們可以在整個(gè)視野中看到它的團(tuán)塊和細(xì)絲，”主要作者 Reefe 在新聞稿.“你到處都能看到它?！?/p>

“我們第一次全面了解了恒星形成過程中從熱到暖再到冷的階段，這在任何星系中都從未觀察到過，”Reefe 說?！拔覀兛梢钥吹降娜魏蔚胤蕉加羞@種中間氣體的光暈?！?/p>

天文學(xué)家無法在鳳凰星系團(tuán)中看到明顯的暖氣體這一事實(shí)并不意味著它不存在。JWST 為研究人員提供了對(duì)星系的最佳觀察，揭示了以前隱藏的細(xì)節(jié)。

盡管如此，必須要問的問題是鳳凰城是否特別。JWST 會(huì)在其他星系中找到明顯的暖氣體嗎？

“現(xiàn)在的問題是，為什么是這個(gè)系統(tǒng)？”“這個(gè)巨大的星暴可能是每個(gè)星團(tuán)在某個(gè)時(shí)候都會(huì)經(jīng)歷的事情，但我們目前只看到它發(fā)生在一個(gè)星團(tuán)中。另一種可能性是這個(gè)系統(tǒng)存在一些分歧，Phoenix 走上了其他系統(tǒng)沒有走的路。那會(huì)很有趣。

“在鳳凰之前，宇宙中形成恒星最多的星系團(tuán)每年大約有 100 顆恒星，即使這樣也是一個(gè)異常值。典型的數(shù)字是 1 左右，“麥克唐納說?！傍P凰城真的與其他人口不同?！?/p>

這給我們帶來了一個(gè)關(guān)于古老星系的懸而未決的問題。它們應(yīng)該是淬火的或“紅色的死的”，但并不是所有的都是。這些冷氣體是從哪里來的？它是來自這些星系之外的嗎？

“問題是：這些冷氣體是從哪里來的？”麥克唐納說?！盁釟怏w永遠(yuǎn)不會(huì)冷卻并不是必然的，因?yàn)榭赡艽嬖诤诙椿虺滦欠答仭Ｒ虼?，有一些可行的選擇，最簡(jiǎn)單的是這種冷氣體是從附近的其他星系甩到中心的。另一個(gè)是這種氣體以某種方式直接從核心中的熱氣體冷卻。

[Ne VI] 發(fā)射與活躍恒星形成的地點(diǎn)共空間的事實(shí)表明，最近發(fā)生了氣體快速冷卻事件，造成了冷卻峰值。

研究人員說，這種極端的冷卻每年會(huì)產(chǎn)生 20,000 個(gè)太陽質(zhì)量的冷氣體。這表明這個(gè)星系能夠?yàn)楹阈堑男纬商峁┳约旱睦錃怏w，而且它不是來自其他地方。問題是，如何作？

結(jié)果表明，不知何故，中心黑洞實(shí)際上是在促進(jìn)氣體的冷卻，而不是加熱它。

作者寫道：“這些數(shù)據(jù)提供了星團(tuán)核心中溫度在 105 開爾文到 106 開爾文之間的氣體的大比例尺圖，并突出了黑洞反饋不僅在調(diào)節(jié)冷卻方面的關(guān)鍵作用，而且在促進(jìn)冷卻方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

這項(xiàng)研究回答了鳳凰星團(tuán)提出的部分問題。

作者在結(jié)論中寫道：“如果短暫的冷卻事件在星系團(tuán)中很常見，為持續(xù)的 AGN 反饋提供了必要的燃料，那么 Phoenix 提供了一個(gè)獨(dú)特的窗口，讓我們了解這個(gè)至關(guān)重要但很少被捕獲的過程，以了解宇宙中最大質(zhì)量星系的形成。

“我認(rèn)為我們非常完全了解發(fā)生了什么，就產(chǎn)生所有這些明星的原因而言，”麥克唐納說?！拔覀儾幻靼诪槭裁?。但這項(xiàng)新工作開辟了一條觀察這些系統(tǒng)并更好地了解它們的新方法。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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