埼玉大学研究生院理工学研究科的田代信教授、寺田幸功副教授、胜田哲副教授等人组成的研究团队，利用X射线分光成像卫星（XRISM）对星系团中心的观测结果发现，在半人马座星系团中心存在一股快速流动的高温气体。这一发现有望为解开长期以来困扰科学界的星系团中心部加热机制之谜提供线索。相关成果已发表在国际学术期刊《Nature》的2月12日刊上。
图1：观测到的高温气体流动示意图。NGC4696星系位于半人马座星系团的中心。白色表示星系，褐色表示低温气体。（供图：©JAXA）
太阳系和银河系这样的天体，是在物质间作用的引力等影响下逐渐形成的。由数十至数千个星系聚集而成的星系团在被称为暗黑物质（暗物质）的未知物质的巨大引力作用下形成，在星系团内部，被暗物质强大引力束缚的气体会升温至数千万℃的高温状态，并辐射出X射线，此外，在宇宙诞生初期“原初核合成”中形成的氢、氦等气体也会流入这些星系团，这些流入的气体因高速撞击星系团而产生的冲击波，会被加热成数千万℃的高温气体，进而释放出X射线。由于单个星系团中的气体质量远远大于星系的总质量，因此对于了解星系团的演化，X射线观测是不可或缺的。
这些高温气体本应在X射线辐射的作用下逐渐冷却并降低温度（辐射冷却现象），但由于某种加热机制的存在，使其温度一直保持在高位，成为宇宙天体学的一个谜团。揭示这种温度维持机制被认为是宇宙进化史研究中的一个重要课题。
此次，研究团队在2023年12月至2024年1月期间，利用XRISM观测了距离地球相对较近（约为1亿光年）的半人马座星系团，调查了该区域高温气体的运动情况。
利用XRISM搭载的软X线分光装置（Resolve），研究团队分析了半人马座星团中心的X射线光谱，详细研究了高温气体的运动。这种观测需要对光谱上探测到的发射线能量进行精确的光谱分析，但既往设备分光能力不足。
此次，研究团队发现半人马座星系团中心的高温气体以每秒130～310km的速度朝着地球方向流动。这种流动搅动了气体，维持了星系团中心部的高温状态。
研究团队将观测结果与计算机模拟计算进行了对比，认为这种“流动”的高温气体运动是由过去的星系团碰撞和合并事件所引起的。
田代教授表示，“此次我们获得的星系团等离子体的大规模运动，有助于解开长期以来困扰研究人员的 ‘在辐射冷却加剧的情况下星系团中心的温度是如何维持的’谜团。从ASTRO-H观测得到线索开始，经过近9年的观测，才找到了答案。目前，除星系团外，利用XRISM对各种类型天体的观测都在不断增多。期待XRISM仪器搭载的X射线微量热仪的精密X射线分光能力，能够为我们带来更多的解答和新的疑问”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：The Bulk Motion of Gas in the Core of the Centaurus Galaxy Cluster
DOI：10.1038/s41586-024-08561-z
