普朗克新发现　两星系团连结炽热气体丝状结构

▲普朗克观测卫星发现连结两星系团的炽热气体丝状结构。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)

国际中心／综合报导 以毫米和次毫米波段扫视全天的普朗克观测卫星(Planck)侦测到Abell 399和Abell 401这两个庞大星系团之间有一条由炽热气体构成的「桥」，这个所谓的「丝状结构(filament)」绵延长达1000万光年，而桥中的炽热气体温度高达绝对温度8000万度，相当惊人。天文学家推测，这个丝状结构有一部份气体可能是来自暖-热星系际介质(warm-hot intergalactic medium，WHIM)，据信这是一种弥漫于整个宇宙的谜样气体纤维网。

现行宇宙论模型认为：宇宙主要由暗物质和暗能量主导，至于恒星或星系等由「一般物质(normal matter)」，或称为「重子物质(baryonic matter)，构成的部分，仅占了宇宙不及5%。原则上，重子物质能经由它所释放的电磁辐射而侦测到，但总会碰到个问题：在遥远的早期宇宙和在邻近的局部宇宙中，实际侦测到的重子物质数量并不相符。天文学家地在邻近局部宇宙中努力寻找失踪的那一半重子物质。

最热门的失踪重子候选人便是WHIM。丝状的宇宙网(cosmic web)本身包含重子物质和暗物质，其中WHIM就是重子部分。电脑数值模拟宇宙结构的形成，结果预示星系和星系团都是嵌在宇宙网内，而WHIM便是邻近局部宇宙中绝大部分的重子物质组成成分，此外，这些纤细的气体网状结构，温度由绝对温度100,000度到数千万度不等，但因为非常稀薄，因此非常难侦测到。

过去十年间，天文学家开始搜集能证明WHIM的确存在的证据，主要是利用X射线观测以及可见光/紫外光谱观测。虽然WHIM主要来自绵长而弥散的丝状结构，但却都相当靠近星系团这个宇宙中规模最大的重力束缚结构。而以毫米波与次毫米波段来探测的普朗克卫星，可借由宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background)穿越充填在星系团之间的炽热气体所形成的特征印记，即所谓的SZ效应(Sunyaev-Zel'dovich effect)，来侦测全天各处的星系团。利用相同原理，普朗克卫星也可侦测到来自WHIM的气体辐射。

第一个来自普朗克卫星探测的研究成果发表于2011年，同时还发表了普朗克卫星资料制成的星系团表。经过小心分析，可由这些观测资料获得星系团本身的性质，以及星系团周边的状态。一般因为WHIM很稀薄而使SZ效应侦测难度颇高，但若在相邻的星系团之间，因星系团彼此间有交互作用，当它们互相靠近时，星系团之间的气体会变得比较稠密且温度更高，因而比较容易侦测到。

为此，这些天文学家审视普朗克头两次巡天观测时整理出的星系团表，从中挑选靠得够近、彼此间可能有丝状结构相连的双星系团，不过双星系团彼此间的距离有得远到足以让普朗克分辨得出个别辐射源。最后结果，这些天文学家识别出约25个可能的双星系团候选者，这些双星系团的红移值(redshift，z)都很低，换言之，都是距离不太远的天体；其中的Abell 399和Abell 401果然在彼此间有炽热气体形成的丝状结构连结。这两个星系团位在z～0.07之处，相当于离我们约10亿光年远的地方，至于这条丝状结构则长达1000万光年左右。

炽热气体可经由X射线辐射直接侦测到。天文学家先前就已经利用XMM-Newton观测卫星的X射线资料研究过Abell 399和Abell 401，当时即显示不仅这两个星系团内有炽热气体，在它们之间也有炽热气体，只是证据不那么明确。而从普朗克卫星的资料，天文学家确认了这两个星系团之间确实有物质桥连结，而且这是天文学家首度透过SZ效应侦测到星系团际气体(inter-cluster gas)。

将普朗克卫星的资料与德国ROSAT卫星的X射线资料结合后，天文学家估计这座气体桥内的气体温度高达绝对温度8000万度；这个数值与在星系团内的气体温度相同等级。虽然天文学家们怀疑这些气体是WHIM的一部份，但天文学家们还不敢十分确定这些星系团际气体的来源究竟为何，因为这些炽热气体也有可能来自星系团本身。经数值模拟推测：这些星系团际气体有很能是前述两种来源混合的结果，必须经过进一步的研究才能确定。

除了Abell 399和Abell 401之外，这些天文学家还识别出Abell 3391和Abell 3395这对z~0.05的双星系团很可能也拥有星系团之间的丝状结构，而且可能除了这两个星系团之外，还有第三、甚至第四个星系团参和在内，星系团彼此间都有物质桥连接。鉴于这个系统之复杂，这些天文学家还得再次观测以便确认它们的细节。(文／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)