天文學家在早期宇宙中發現孤獨星系


3C 297星系距離我們約92億光年,位於室女座,它擁有一個類星體、活躍星系核,還有一個超大質量黑洞在星系中心吸入氣體並發出強大的物質噴流,以上環境顯示3C 297具有星系團的主要特徵,這些巨大的結構通常包含數百甚至數千個星系,但這個星系卻是孤立的。即我們預計至少會看到十幾個與銀河系大小差不多的星系,但只看到了一個,錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)和雙子星天文台(Gemini Observatory)一起得出的結果可能會突破天文學家對星系在早期宇宙中生長速度的限制。

意大利都靈大學(Università degli Studi di Torino)為首的研究團隊在錢德拉X射線天文台的數據中,看到星系團的兩個關鍵特徵。首先,X射線數據顯示,這個孤獨的星系由大量的氣體所包圍,其溫度高達數千萬度,這在星系團中很常見。其次,超大質量黑洞的噴流在大約14萬光年外產生了強烈的X射線源,這表示它已經進入了該星系周圍的氣體。之前在甚大天線陣(Very Large Array,簡稱 VLA)數據中報導過,3C 297星系的第三個特徵是其中一個射電噴流是彎曲的,顯示它與周圍環境已經發生交互作用。

但來自雙子星天文台的新數據顯示,在光學照片中出現在3C 297星系附近的19個星系,只是在視覺平面中接近3C 297,但實際上它們與3C 297星系的距離相差甚遠,這個奇特的類星體星系確實是孤獨的。原本應該在其中的所有星系到底發生了什麼?研究團隊認為可能來自於一個大星系的重力,加上星系之間的相互作用太強,導致它們與大星系合併。因此,研究人員認為3C 297不再是一個星系團,而是一個化石星系群(fossil group),這是巨型星系團合併的結果。

雖然之前已經發現許多其它的化石星系群,但3C 297是到目前為止發現最早的化石星系群,要解釋宇宙如何在大爆炸後僅46億年就能創造出這個系統深具挑戰,這並沒有打破我們對宇宙學的看法,但它推動了星系和星系團形成速度的極限,需要重新思考星系團的完全合併是如何展開的。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年12月14日出版的《天體物理學報增刊》 ;標題是:Powerful Yet Lonely: Is 3C 297 a High-redshift Fossil Group?

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