星系探索之谜：巨大的星系团碰撞引发了巨大冲击波

两个巨大的星系团相互碰撞引发了巨大的冲击波，在太空中延伸了 160 万光年。

美国宇航局钱德拉 X 射线天文台揭示的这些发现正在帮助天文学家更好地了解在数千个星系团之间发生碰撞的强大过程。

星系只占星系团总质量的一小部分。

大部分由一个巨大的暗物质晕和一团被称为星系团内介质的热扩散气体组成，该介质包裹着星系团中的星系。

因为这种气体非常热，辐射温度高达数亿摄氏度，所以在X射线中发出明亮的光。

当两个星系团接触时，单个星系无害地滑过彼此，但星系团内介质的气体经历了一次更加剧烈的碰撞，产生了巨大的冲击波。

钱德拉在这里研究的特定星团碰撞，Abell 2146，距离我们 28 亿光年。

这是宇宙中仅有的三个星团碰撞之一，其中激波前沿足够明亮，可以进行详细研究。

（另外两个是 Bullet Cluster 和 Abell 520。

）

由英国诺丁汉大学的天文学家 Helen Russell 领导的一个团队使用 Chandra 对 Abell 2146 进行了为期 23 天的观测，这是有史以来对星团冲击波进行的最深入观察。

其中一个集群正在从另一个集群中落下。

当它这样做时，它会产生两个冲击波：前缘的“船头冲击”（就像在水中航行的船头）和后面的“上游冲击”。

弓形激波有一个简单的解释:气体在穿过下落的星系团时，在它前面被压缩。

上游激波稍微复杂一点，它是在气体从下落的气体群中被移除时形成的（在一个被称为“冲压压力剥离”的过程中）气体被留下，并与它穿过的气体群中的原位气体相互作用。

Russell的团队不仅测量了这些激波的长度——在主弓形激波的情况下，长度为160万光年——还首次测量了它们的宽度。

理论预测上游激波应该更窄，因为它更年轻，在弓形激波之后形成。

这确实是钱德拉发现的，测量出弓形激波的深度为55，000光年宽，上游激波约为35，000光年宽。

使用钱德拉，Russell 的团队测量了上游激波中气体的能量（我们可以粗略地认为它的温度）从 6 千电子伏上升到 8 千电子伏。

气体似乎主要是通过激发气体中电子的冲击波的压缩效应获得了这种能量。

至关重要的是，单个原子和分子之间的碰撞很少见，因为气体非常分散。

钱德拉测量到簇内介质中粒子的随机运动约为每秒 290 公里（650,000 英里/小时），这些粒子在遇到另一个粒子之前平均可以传播 50,000 光年。

因此，尽管钱德拉测量了粒子碰撞产生的一些二次加热，但这种加热一定是缓慢发生的，累积了 2 亿多年。

确认星系团碰撞中的大部分加热是通过“无碰撞”冲击产生的，这使得我们可以将其与更小规模的事件进行比较，在我们自己的太阳系中。

例如，太阳风在遇到地球等障碍物时会经历无碰撞冲击，这些冲击会扰乱地球的磁场并加速带电粒子以引发地磁风暴。

通过在截然不同的尺度上比较这些无碰撞冲击的产生，科学家们可以进一步了解星团碰撞以及太阳风和恒星风中的冲击如何发生的物理学。