天文学家见证了早期宇宙中一个非常遥远的星系团的诞生

利用ESO是合作伙伴的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)，天文学家在蜘蛛网星系周围仍在形成的星系团中发现了大量热气体 - 这是迄今为止对这种热气体的最遥远的探测。星系团是宇宙中已知的最大的物体之一，今天发表在《自然》杂志上的这一结果进一步揭示了这些结构开始形成的时间有多早。

顾名思义，星系团拥有大量的星系，有时甚至数千个。它们还包含一个巨大的“星系团内介质”(ICM)，渗透到星系团中星系之间的空间。事实上，这种气体的重量远远超过了星系本身。星系团的大部分物理学都很好理解;然而，对ICM形成的最早阶段的观察仍然很少。

以前，ICM只在完全形成的附近星系团中进行过研究。在遥远的原星系团(即仍在形成的星系团)中探测ICM，将使天文学家能够在形成的早期阶段捕捉到这些星团。由该研究的第一作者、意大利的里雅斯特大学研究员卢卡·迪·马斯科洛(Luca Di Mascolo)领导的一个研究小组热衷于从宇宙早期阶段的原星团中探测ICM。

星系团是如此之大，以至于它们可以将气体聚集在一起，当气体落向星系团时会升温。“十多年来，宇宙学模拟一直预测原星团中存在热气体，但缺乏观测确认，”意大利的里雅斯特意大利国家天体物理研究所(INAF)研究员Elena Rasia解释说。“追求这种关键的观测确认使我们仔细选择了最有希望的候选原集群之一。

那是蜘蛛网原星团，位于宇宙只有3亿年历史的时代。尽管是研究最深入的原星团，但ICM的存在仍然难以捉摸。在蜘蛛网原星系团中发现大量热气体将表明该系统正在成为一个适当的，持久的星系团，而不是分散。

Di Mascolo的团队通过所谓的热Sunyaev-Zeldovich(SZ)效应检测了蜘蛛网原集群的ICM。当来自宇宙微波背景的光(大爆炸的遗物辐射)通过ICM时，就会发生这种效应。当这种光与热气体中快速移动的电子相互作用时，它获得了一点能量，其颜色或波长略有变化。“在正确的波长下，SZ效应因此表现为星系团在宇宙微波背景上的阴影效应，”Di Mascolo解释说。

通过测量宇宙微波背景上的这些阴影，天文学家可以推断出热气体的存在，估计其质量并绘制其形状。“由于其无与伦比的分辨率和灵敏度，ALMA是目前唯一能够对大质量星团的远祖进行这种测量的设施，”Di Mascolo说。

他们确定蜘蛛网原集群包含温度为几千万摄氏度的巨大热气体库。以前，在这个原星团中已经检测到冷气体，但在这项新研究中发现的热气体的质量比它重数千倍。这一发现表明，蜘蛛网原星系团确实有望在大约10亿年内变成一个巨大的星系团，其质量至少增加十倍。

该论文的合著者兼ESO研究员Tony Mroczkowski解释说：“这个系统表现出巨大的对比。随着系统的发展，热组件将破坏大部分冷组件，我们正在见证一个微妙的转变。他的结论是，“它为关于宇宙中最大的引力束缚物体形成的长期理论预测提供了观测证实。

这些结果有助于为ALMA和ESO即将推出的超大望远镜(ELT)之间的协同作用奠定基础，该望远镜“将彻底改变蜘蛛网等结构的研究，”该研究的合著者兼的里雅斯特天文台研究员Mario Nonino说。ELT及其最先进的仪器，如HARMONI和MICADO，将能够窥视原星系团，并非常详细地告诉我们其中的星系。结合ALMA追踪形成ICM的能力，这将为早期宇宙中一些最大结构的组装提供重要的一瞥。

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