普朗克新發現　兩星系團連結熾熱氣體絲狀結構

▲普朗克觀測衛星發現連結兩星系團的熾熱氣體絲狀結構。(圖／引用自臺北天文館之網路天文館網站)

國際中心／綜合報導 以毫米和次毫米波段掃視全天的普朗克觀測衛星(Planck)偵測到Abell 399和Abell 401這兩個龐大星系團之間有一條由熾熱氣體構成的「橋」，這個所謂的「絲狀結構(filament)」綿延長達1000萬光年，而橋中的熾熱氣體溫度高達絕對溫度8000萬度，相當驚人。天文學家推測，這個絲狀結構有一部份氣體可能是來自暖-熱星系際介質(warm-hot intergalactic medium，WHIM)，據信這是一種瀰漫於整個宇宙的謎樣氣體纖維網。

現行宇宙論模型認爲：宇宙主要由暗物質和暗能量主導，至於恆星或星系等由「一般物質(normal matter)」，或稱爲「重子物質(baryonic matter)，構成的部分，僅佔了宇宙不及5%。原則上，重子物質能經由它所釋放的電磁輻射而偵測到，但總會碰到個問題：在遙遠的早期宇宙和在鄰近的局部宇宙中，實際偵測到的重子物質數量並不相符。天文學家地在鄰近局部宇宙中努力尋找失蹤的那一半重子物質。

最熱門的失蹤重子候選人便是WHIM。絲狀的宇宙網(cosmic web)本身包含重子物質和暗物質，其中WHIM就是重子部分。電腦數值模擬宇宙結構的形成，結果預示星系和星系團都是嵌在宇宙網內，而WHIM便是鄰近局部宇宙中絕大部分的重子物質組成成分，此外，這些纖細的氣體網狀結構，溫度由絕對溫度100,000度到數千萬度不等，但因爲非常稀薄，因此非常難偵測到。

過去十年間，天文學家開始蒐集能證明WHIM的確存在的證據，主要是利用X射線觀測以及可見光/紫外光譜觀測。雖然WHIM主要來自綿長而彌散的絲狀結構，但卻都相當靠近星系團這個宇宙中規模最大的重力束縛結構。而以毫米波與次毫米波段來探測的普朗克衛星，可藉由宇宙微波背景輻射(Cosmic Microwave Background)穿越充填在星系團之間的熾熱氣體所形成的特徵印記，即所謂的SZ效應(Sunyaev-Zel'dovich effect)，來偵測全天各處的星系團。利用相同原理，普朗克衛星也可偵測到來自WHIM的氣體輻射。

第一個來自普朗克衛星探測的研究成果發表於2011年，同時還發表了普朗克衛星資料製成的星系團表。經過小心分析，可由這些觀測資料獲得星系團本身的性質，以及星系團周邊的狀態。一般因爲WHIM很稀薄而使SZ效應偵測難度頗高，但若在相鄰的星系團之間，因星系團彼此間有交互作用，當它們互相靠近時，星系團之間的氣體會變得比較稠密且溫度更高，因而比較容易偵測到。

爲此，這些天文學家審視普朗克頭兩次巡天觀測時整理出的星系團表，從中挑選靠得夠近、彼此間可能有絲狀結構相連的雙星系團，不過雙星系團彼此間的距離有得遠到足以讓普朗克分辨得出個別輻射源。最後結果，這些天文學家識別出約25個可能的雙星系團候選者，這些雙星系團的紅移值(redshift，z)都很低，換言之，都是距離不太遠的天體；其中的Abell 399和Abell 401果然在彼此間有熾熱氣體形成的絲狀結構連結。這兩個星系團位在z～0.07之處，相當於離我們約10億光年遠的地方，至於這條絲狀結構則長達1000萬光年左右。

熾熱氣體可經由X射線輻射直接偵測到。天文學家先前就已經利用XMM-Newton觀測衛星的X射線資料研究過Abell 399和Abell 401，當時即顯示不僅這兩個星系團內有熾熱氣體，在它們之間也有熾熱氣體，只是證據不那麼明確。而從普朗克衛星的資料，天文學家確認了這兩個星系團之間確實有物質橋連結，而且這是天文學家首度透過SZ效應偵測到星系團際氣體(inter-cluster gas)。

將普朗克衛星的資料與德國ROSAT衛星的X射線資料結合後，天文學家估計這座氣體橋內的氣體溫度高達絕對溫度8000萬度；這個數值與在星系團內的氣體溫度相同等級。雖然天文學家們懷疑這些氣體是WHIM的一部份，但天文學家們還不敢十分確定這些星系團際氣體的來源究竟爲何，因爲這些熾熱氣體也有可能來自星系團本身。經數值模擬推測：這些星系團際氣體有很能是前述兩種來源混合的結果，必須經過進一步的研究才能確定。

除了Abell 399和Abell 401之外，這些天文學家還識別出Abell 3391和Abell 3395這對z~0.05的雙星系團很可能也擁有星系團之間的絲狀結構，而且可能除了這兩個星系團之外，還有第三、甚至第四個星系團參和在內，星系團彼此間都有物質橋連接。鑑於這個系統之複雜，這些天文學家還得再次觀測以便確認它們的細節。(文／引用自臺北天文館之網路天文館網站)