“死亡”星系團再次形成恒星，天文學家不知道為什么

鳳凰星系團是已知質量最大的星系團之一。到目前為止，天文學家已經(jīng)確定了 42 個成員星系，但該星系團中可能有多達 1,000 個。由于它的大小和年齡，它應該以年輕星系特有的旺盛的恒星形成來完成。

但事實并非如此。

恒星的形成需要寒冷、致密的氣體。熱氣體抵抗坍縮成恒星核心，這些核心成為原恒星，然后是主序星。舊的星系和星系團要么用完了它們的冷氣體，要么被剝離了。

這些被稱為“猝滅”星系。就恒星的形成而言，星系可以分為紅色序列，意思是古老和淬滅的星系，或藍色云，這意味著有更活躍的恒星形成。

鳳凰星系團的中心星系距離地球約 58 億光年，應該大部分是恒星形成完成的。許多星系團在星系團內介質 （ICM） 中都有一個熱氣體區(qū)域。在一個典型的星系中，這種氣體會冷卻下來并滋養(yǎng)恒星的形成。

然而，觀測表明，這些星系中恒星形成的速度非常低，而且沒有證據(jù)表明存在冷氣體。天文學家將這種差異稱為“冷卻流問題”，這導致了這個問題：為什么 ICM 沒有冷卻并形成新的恒星？

對此的主要答案是黑洞來自活躍星系核的射流正在加熱氣體并阻止其形成恒星。

鳳凰星系團的中心星系應該大部分是恒星形成完成的。然而，它有一個非常明亮的核心，這是典型的旺盛恒星形成的典型特征。不知何故，鳳凰星團有一個冷氣體源，為恒星的誕生提供了燃料。

它是以某種方式自我生成的嗎？它是從年輕的星系中涌入的嗎？

在新的研究中，科學家們使用 JWST 探測了星系團的核心。他們之所以這樣做，是因為之前用其他望遠鏡進行的觀測表明，這個核心非常明亮，表明恒星誕生得很兇猛。由于這與天文學家認為他們對此類星團的了解相矛盾，因此他們的好奇心被激起了。

這項研究發(fā)表在自然界的標題為”直接對 Phoenix 集群中的冷卻流進行成像。“該研究的主要作者是麻省理工學院卡弗里天體物理學和空間研究所的物理學研究生邁克爾·里夫（Michael Reefe）。

麻省理工學院物理學副教授、這項研究的合著者邁克爾·麥克唐納 （Michael McDonald） 領導的研究團隊于 2010 年使用南極望遠鏡.

兩年后，他們用多臺望遠鏡再次觀測到它。他們發(fā)現(xiàn)，由于極端的恒星形成，星系團中的中心星系出乎意料地明亮。研究人員表示，每年可能形成多達 1,000 顆恒星，與銀河系相比，這是一個驚人的數(shù)字，根據(jù)一些研究，銀河系每年形成的恒星不到 10 顆。

在之前的觀測中，天文學家在鳳凰星系團中發(fā)現(xiàn)了一些非常熱的氣體和一些非常冷的氣體。他們觀察到了大約 100 萬華氏度的超熱氣體和僅 10 開爾文或絕對零度以上 10 度的極冷氣體區(qū)域。

熱氣并不罕見，因為超大質量黑洞（SMBH） 可以發(fā)射能量極高的射流，可以加熱氣體。當一個星系年輕時，其中一些氣體會冷卻并形成恒星。鳳凰星系團的中心星系也有一些涼爽的氣體。之前的觀測表明，中間沒有暖氣體，這很奇怪。Phoenix 集群中的冷卻流問題有答案嗎？

研究人員推斷，如果鳳凰中心星系以某種方式產(chǎn)生了檢測到的冷氣體，那么一定有介于熱氣體和冷氣體之間的暖氣體。這就是 JWST 的用武之地。

JWST 憑借其強大的紅外功能，確實發(fā)現(xiàn)了一些暖氣體。這表明該星團能夠產(chǎn)生恒星形成所需的冷氣體，因為暖氣體是極端溫度之間轉變的證據(jù)。

基于氖發(fā)射的新 JWST 觀測提供了鳳凰星系團中溫度在 100,000 到 1,000,000 開爾文之間的第一張大比例尺氣體圖。

他們在 MIRI 上使用中分辨率光譜儀并收集了 12 小時的紅外數(shù)據(jù)。他們正在尋找氖氣發(fā)出的特定波長的光，約為 300,000 K 或 540,000 F。這表明存在中間暖氣體，這將是冷卻的證據(jù)。

至關重要的是，氖氣與其他特征（如最冷的氣體和活躍恒星形成的地點）共空間。這是支持中間氣體、其冷卻和恒星形成之間直接聯(lián)系的證據(jù)。

“這種 300,000 度的氣體就像一個霓虹燈，在特定波長的光下發(fā)光，我們可以在整個視野中看到它的團塊和細絲，”主要作者 Reefe 在新聞稿.“你到處都能看到它?！?/p>

“我們第一次全面了解了恒星形成過程中從熱到暖再到冷的階段，這在任何星系中都從未觀察到過，”Reefe 說?！拔覀兛梢钥吹降娜魏蔚胤蕉加羞@種中間氣體的光暈?！?/p>

天文學家無法在鳳凰星系團中看到明顯的暖氣體這一事實并不意味著它不存在。JWST 為研究人員提供了對星系的最佳觀察，揭示了以前隱藏的細節(jié)。

盡管如此，必須要問的問題是鳳凰城是否特別。JWST 會在其他星系中找到明顯的暖氣體嗎？

“現(xiàn)在的問題是，為什么是這個系統(tǒng)？”“這個巨大的星暴可能是每個星團在某個時候都會經(jīng)歷的事情，但我們目前只看到它發(fā)生在一個星團中。另一種可能性是這個系統(tǒng)存在一些分歧，Phoenix 走上了其他系統(tǒng)沒有走的路。那會很有趣。

“在鳳凰之前，宇宙中形成恒星最多的星系團每年大約有 100 顆恒星，即使這樣也是一個異常值。典型的數(shù)字是 1 左右，“麥克唐納說?！傍P凰城真的與其他人口不同。”

這給我們帶來了一個關于古老星系的懸而未決的問題。它們應該是淬火的或“紅色的死的”，但并不是所有的都是。這些冷氣體是從哪里來的？它是來自這些星系之外的嗎？

“問題是：這些冷氣體是從哪里來的？”麥克唐納說?！盁釟怏w永遠不會冷卻并不是必然的，因為可能存在黑洞或超新星反饋。因此，有一些可行的選擇，最簡單的是這種冷氣體是從附近的其他星系甩到中心的。另一個是這種氣體以某種方式直接從核心中的熱氣體冷卻。

[Ne VI] 發(fā)射與活躍恒星形成的地點共空間的事實表明，最近發(fā)生了氣體快速冷卻事件，造成了冷卻峰值。

研究人員說，這種極端的冷卻每年會產(chǎn)生 20,000 個太陽質量的冷氣體。這表明這個星系能夠為恒星的形成提供自己的冷氣體，而且它不是來自其他地方。問題是，如何作？

結果表明，不知何故，中心黑洞實際上是在促進氣體的冷卻，而不是加熱它。

作者寫道：“這些數(shù)據(jù)提供了星團核心中溫度在 105 開爾文到 106 開爾文之間的氣體的大比例尺圖，并突出了黑洞反饋不僅在調節(jié)冷卻方面的關鍵作用，而且在促進冷卻方面發(fā)揮著關鍵作用。

這項研究回答了鳳凰星團提出的部分問題。

作者在結論中寫道：“如果短暫的冷卻事件在星系團中很常見，為持續(xù)的 AGN 反饋提供了必要的燃料，那么 Phoenix 提供了一個獨特的窗口，讓我們了解這個至關重要但很少被捕獲的過程，以了解宇宙中最大質量星系的形成。

“我認為我們非常完全了解發(fā)生了什么，就產(chǎn)生所有這些明星的原因而言，”麥克唐納說?！拔覀儾幻靼诪槭裁?。但這項新工作開辟了一條觀察這些系統(tǒng)并更好地了解它們的新方法。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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