埼玉大學研究生院理工學研究科的田代信教授、寺田幸功副教授、勝田哲副教授等人組成的研究團隊，利用X射線分光成像衛星（XRISM）對星系團中心的觀測結果發現，在半人馬座星系團中心存在一股快速流動的高溫氣體。這一發現有望為解開長期以來困擾科學界的星系團中心部加熱機製之謎提供線索。相關成果已發表在國際學術期刊《Nature》的2月12日刊上。
圖1：觀測到的高溫氣體流動示意圖。NGC4696星系位於半人馬座星系團的中心。白色表示星系，褐色表示低溫氣體。（供圖：©JAXA）
太陽系和銀河系這樣的天體，是在物質間作用的重力等影響下逐漸形成的。由數十至數千個星系聚集而成的星系團在被稱為暗黑物質（暗物質）的未知物質的巨大重力作用下形成，在星系團內部，被暗物質強大重力束縛的氣體會升溫至數千萬℃的高溫狀態，並輻射出X射線，此外，在宇宙誕生初期「原初核合成」中形成的氫、氦等氣體也會流入這些星系團，這些流入的氣體因高速撞擊星系團而產生的衝擊波，會被加熱成數千萬℃的高溫氣體，進而釋放出X射線。由於單個星系團中的氣體質量遠遠大於星系的總質量，因此對於瞭解星系團的演化，X射線觀測是不可或缺的。
這些高溫氣體本應在X射線輻射的作用下逐漸冷卻並降低溫度（輻射冷卻現象），但由於某種加熱機製的存在，使其溫度一直保持在高位，成為宇宙天體學的一個謎團。揭示這種溫度維持機制被認為是宇宙進化史研究中的一個重要課題。
此次，研究團隊在2023年12月至2024年1月期間，利用XRISM觀測了距離地球相對較近（約為1億光年）的半人馬座星系團，調查了該區域高溫氣體的運動情況。
利用XRISM搭載的軟X線分光裝置（Resolve），研究團隊分析了半人馬座星團中心的X射線光譜，詳細研究了高溫氣體的運動。這種觀測需要對光譜上探測到的發射線能量進行精確的光譜分析，但既往設備分發光能量力不足。
此次，研究團隊發現半人馬座星系團中心的高溫氣體以每秒130～310km的速度朝著地球方向流動。這種流動攪動了氣體，維持了星系團中心部的高溫狀態。
研究團隊將觀測結果與計算機模擬計算進行了對比，認為這種「流動」的高溫氣體運動是由過去的星系團碰撞和合併事件所引起的。
田代教授表示，「此次我們獲得的星系團電漿的大規模運動，有助於解開長期以來困擾研究人員的 ‘在輻射冷卻加劇的情況下星系團中心的溫度是如何維持的’謎團。從ASTRO-H觀測得到線索開始，經過近9年的觀測，才找到了答案。目前，除星系團外，利用XRISM對各種類型天體的觀測都在不斷增多。期待XRISM儀器搭載的X射線微量熱儀的精密X射線分發光能量力，能夠為我們帶來更多的解答和新的疑問」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature
論文：The Bulk Motion of Gas in the Core of the Centaurus Galaxy Cluster
DOI：10.1038/s41586-024-08561-z
