Abell 2744：潘朵拉星系團

2011/07/03 |

太空天文

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天文學家首度同時在同一幅畫面中捕捉到4組正在合併中的星系團。這個被天文學家戲稱為「潘朵拉星系團（Pandora’s Cluster）」的Abell 2744，位在玉夫座方向，距離約35億光年遠，含有各種奇怪結構，是到目前為止天文學家所觀測到的所有星系團中，最複雜、星系合併撞擊最劇烈者之一，其中某些撞擊所產生的現象更是前所未見。

利用錢卓X射線觀測衛星（Chandra X-ray Observatory）觀測到的X射線資料以紅色顯示，呈現溫度高達數百萬度的氣體分佈狀況。藍色部分則是哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，HST）、歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）、日本昴望遠鏡（Subaru）的觀測資料，顯示總質量分佈狀況，絕大部分質量來自神秘的暗物質（dark matter）。此外，HST和VLT的可見光資料則顯示出星系團中各成員星系。

其中，圖中紅色標示出各局部區域裡熾熱氣體最集中的地方，而藍色圓圈則標示出所有物質質量分佈最集中的地方。而星系團的「核心（core）」區域，發射X射線的熾熱氣體可見呈現如同「子彈形」結構，核心位置恰好位在熾熱氣體和暗物質之間；這樣的分野，肇因於其中一場撞擊事件發生時所產生的衝擊波，讓熾熱氣體雲裡的帶電粒子速度減緩而發出X射線，但暗物質卻不會受到這樣的影響而直接通過衝擊波，因此幾乎沒有任何X射線輻射。

而在西北區（圖中標示NW的區域），熾熱氣體和暗物質間的分野更明顯。但令人驚訝地，熾熱氣體居然比這些絕大部分是暗物質的黑暗團塊還近了500,000光年，科學家猜測可能是早先的重力交互作用過程中，將這些氣體向前甩出的結果。在北區（標示N的區域）和西區（標示W的區域），又可見到另外兩個熾熱氣體和暗物質分離的例子；其中西區中熾熱氣體和暗物質分離的距離，是目前所有觀測到類似現象中最大的。

整個潘朵拉星系團因而變成：有的地方含有大量熾熱氣體，有的地方有大量暗物質卻沒有星系和熾熱氣體，有的地方則有暗物質與星系但沒有熾熱氣體（顯然是撞擊過程中，氣體被剝奪走了）等等，相當複雜。

天文學家們追蹤觀測這場長達3億5000萬年撞擊事件的細節，結果發現至少有4個從不同的方向來的不同星系團牽涉在其中。為了瞭解Abell 2744複雜的撞擊歷史，天文學家設法將Abell 2744中三種型態的物質分佈位置詳細繪製出來，如右上圖：其中，雖然星系很明亮，但它們僅佔了Abell 2744總質量的5%以下；熾熱氣體僅能在X射線影像中見到，約佔了20%左右；而剩下的75%是完全不可見的暗物質。

暗物質是種奇怪的物質，不會發出輻射，也不會吸收或反射其他天體的光，只有從與其他天體或物質的重力交互作用得知它們的存在與數量多寡。為了定出這些神秘物質的確切位置，這些天文學家藉助所謂的「重力透鏡（gravitational lensing）」方式進行測量：遙遠星系的光穿過暗物質最集中的區域時，會受到暗物質重力的影響而偏折，讓遙遠星系的可見光影像變形；仔細測量並繪製這些星系影像變形的狀況，就可建構出暗物質質量集中的地點。

星系團是宇宙中，有重力束縛的最大天體結構，因此是研究宇宙學的最佳工具。這些天文學家希望未來能更深入瞭解Abell 2744的成長過程，並藉此瞭解暗物質的性質。