x射线卫星XMM

黄俊琼

据美国宇航局（Ashley Balzer）：X天文学家在一些星系周围发现了起源不明的巨大圆形射电特征。现在，对一个被称为三叶草的星系的新观测表明，它是由星系群碰撞产生的。

在不同的光线下研究这些结构，统称为ORCs（奇怪的无线电圈），为科学家提供了一个探索从超音速冲击波到黑洞行为的机会。

“这是第一次有人看到与ORC相关的X射线发射，”领导这项研究的德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的天体物理学家埃斯拉·布尔布尔说。“这是解开三叶草形成秘密的丢失钥匙。”

4月30日，一篇描述这一结果的论文发表在《天文学与天体物理学快报》上。



这张三叶草ORC（奇数无线电圈）的多波长图像结合了白色和黄色的DESI（暗能量光谱仪器）Legacy Survey的可见光观测、蓝色的XMM Newton的X射线和红色的ASKAP（澳大利亚平方公里阵列探路者）的无线电。图像：X.Zhang和M.Kluge（MPE），B.Koribalski（CSIRO）

一个偶然的发现

直到2021年，没有人知道ORC的存在。由于技术的进步，无线电调查变得足够灵敏，可以捕捉到如此微弱的信号。在几年的时间里，天文学家发现了八种这种奇怪的结构，它们随机散布在我们的星系之外。每一个都足够大，可以覆盖整个星系——有时是几个星系。

布尔布尔说：“产生如此巨大的无线电发射所需的功率非常强大。”。“有些模拟可以复制它们的形状，但不能复制它们的强度。没有模拟可以解释如何创建ORC。”

当布尔布尔得知ORCs没有在X射线光中进行研究时，她和博士后研究员张晓媛开始仔细研究德国/俄罗斯轨道X射线望远镜eROSITA（成像望远镜阵列扩展伦琴测量）的数据。根据不到7分钟的观察时间，他们注意到一些X射线发射，看起来可能来自三叶草。

这为他们组建一个更大的团队提供了足够有力的理由，并通过XMM Newton获得了额外的望远镜时间，这是一项由美国国家航空航天局（NASA）出资的欧空局（ESA）任务。

布尔布尔说：“我们被分配了大约五个半小时的时间，数据是在11月的一个晚上晚些时候出来的。”。“我把它转发给了小源，第二天早上他来到我的办公室说，‘检测’，我就开始欢呼了！”

“我们真的很幸运，”张说。“在eROSITA观测中，我们在ORC附近看到了几个看似合理的X射线点源，但没有看到XMM牛顿的扩展发射。事实证明，eROSITA源不可能来自三叶草，但这足以让我们仔细观察。”



这张有史以来发现的第一个ORC（奇数无线电圈）的图像，被恰当地称为ORC-1，以绿色覆盖了南非MeerKAT望远镜的无线电观测结果，覆盖在国际DES（暗能量调查）项目的光学和红外地图上。图像：J.英语（曼尼托巴省）/EUM/MeerKAT/DES（CTIO）

Gallianting星系

X射线发射追踪了星系群中气体的分布，就像犯罪现场周围的警察胶带一样。通过观察这种气体是如何被扰动的，科学家们确定嵌入三叶草中的星系实际上是两个独立星系团的成员，这两个星系团靠得足够近，可以合并。发射的温度也暗示了所涉及的星系的数量。

当星系结合时，它们更高的组合质量会增加它们的引力。周围的气体开始向内下落，这会使流入的气体升温。系统的质量越大，气体就越热。

根据发射的X射线光谱，温度约为1500万华氏度，即800万至900万摄氏度。张说：“通过这一测量，我们可以推断出三叶草ORC由大约十几个星系组成，这些星系被引力吸引在一起，这与我们在深可见光图像中看到的情况一致。”。

该团队提出，合并产生的冲击波加速粒子产生无线电发射。

“星系一直在相互作用和结合，”美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的XMM牛顿项目科学家金·韦弗说，他没有参与这项研究。“但加速粒子的来源尚不清楚。对于强大的无线电信号，一个有趣的想法是，驻留的超大质量黑洞在过去经历了极端活动，而来自古代活动的遗迹电子被这次合并事件重新加速。”

虽然星系群合并很常见，但ORC却非常罕见。目前还不清楚这些相互作用是如何产生如此强烈的无线电发射的。

布尔布尔说：“合并构成了结构形成的支柱，但这个系统中有一些特殊之处，可以发射无线电发射。”。“我们现在还不知道它是什么，所以我们需要来自射电望远镜和X射线望远镜的更多更深入的数据。”

该团队解开了三叶草ORC的性质之谜，但也提出了更多的问题。他们计划更详细地研究三叶草，找出答案。

韦弗说：“我们将从更彻底的观察中学到很多，因为这些相互作用涉及到各种科学。”。“你几乎把我们在宇宙中处理的一切都放在这个小包裹里。这就像一个迷你宇宙。”