超星系團

超星系團

天文學術語
若幹星系團集聚在一起構成的更高一級的天體系統,又名二級星系團。本星系群就同附近的50個左右星系群和星系團構成本超星系團。星系團聚合成超星系團的現象叫作星系的超級成團或二級成團。通常由2~3個星系團組成。外形扁長,長徑為2~3億光年,短徑約為長徑的1/4。[1]超星系團的質量範圍為1015~1017太陽質量。
    中文名:超星系團 外文名:Supercluster 别名:二級星系團

簡介

若幹星系團集聚在一起構成的更高一級的天體系統,通常在一個超星系團内隻含有2~3個星系團。擁有幾十個成員星系團的超星系團是不多的。超星系團往往具有扁長的外形,長徑範圍為60~100百萬秒,長短徑之比平均約為4:1;這種扁形結構可以說明超星系團通常有自轉。

超星系團内的成員星系團的速度彌散度大約為每秒1000~3000公裡,但各成員星系團之間的引力相互作用要比星系團内各成員星系之間的引力作用弱得多,因而有人認為超星系團可能是不穩定的系統。

超星系團的存在,表明宇宙空間的物質分布至少在100百萬秒差距的尺度上是不均勻的。至于是否所有的星系團都是不同大小的超星系團的成員,由于觀測資料的極其不足和分析方法上的困難,這個問題還遠未取得一緻意見。此外,還有人認為超星系團可以進一步成團,形成三級星系團以至更高級的星系集團。n

20世紀80年代後,天文學家發現宇宙空間中有直徑達100百萬秒差距的星系很少的區域,稱為巨洞。超星系團同巨洞交織在一起,構成了宇宙大尺度結構的基本圖像。本星系群所在的超星系團稱為本超星系團。較近的超星系團有武仙超星系團、北冕超星系團、巨蛇-室女超星系團等。

在本質上曾經被認為是最大的結構,超星系團被了解是有時被稱為"超星系複合體"的更大的片狀或牆的巨大結構的下一層級,他們可能跨過數十億光年的空間,超過了可見宇宙的5%。

超星系團本身可能跨越數億光年的距離,星系的典型速度約為1000公裡/秒。哈柏定律暗示這些典型星系的速度是在1/H的哈柏時間大約隻有3千萬光年時的速度,近似于當時的宇宙年齡。當這些距離以人類的術語表達時,它遠小于超級星系團。在膨脹的宇宙中,一個天體的距離d相當于他現在的速度v乘上它所經曆的時間t,但在時間相較于1/H不算小時天體的距離會被低估。

上面的演算依然需要提出一些想法來修正,在正常的過程中從星系的形成或消散這些結構需要多少的時間,這都顯示他們有更大的年齡。當我們觀察到超級星系團和更大的結構時,我們得知這些超級星系團被創造時的宇宙情況。在超級星系團内的自轉軸方向也給予我們洞察在早期宇宙曆史中星系形成的過程。

還沒有由超星系團組合成的集團(極超星系團或超超星系團)被發現,是否存在比超星系團更大的結構也還在争辯中。超星系團之間有巨大的空洞,在空間中隻有少量的星系存在。即使超星系團被證實是最大的結構,超星系團的總數依然留下結構分布的可能性,相信超星系團在宇宙中的數量應該在一仟萬個。

超星系團經常會被分割成被稱為星系雲的小集團。

本超星系團

包括本星系群在内的超星系團。1937年,霍姆伯格在分析了雙重星系和多重星系的分布後認為,存在着一個"總星系雲",尺度範圍100百萬秒差距。這是本超星系團最初的概念。

二十世紀五十年代中,沃庫勒重新提出關于本超星系團的概念,并為後來的研究證實。沃庫勒認為,本超星系團的長經為30~75百萬秒差距,它是許多星系雲和星系團的集合體,包括本星系群,室女座星系團,大熊星系團以及50個左右較小的群和團。它們共同構成一個巨大的扁平狀天體系統其中亮于13.5等的明亮星系集中在天空中的一個大圓上,這個大圓稱為超星系赤道。

大圓的極坐标在國際天文學聯合會銀道坐标系中是銀經47°.37,銀緯+6°.32。本超星系團的中心在室女星系團附近銀經283°銀緯+75°。對沿超星系赤道的星系視向速度的分析表明,本超星系團可能正在自轉和膨脹,目前銀河系繞團中心的公轉周期約為1000億年。

鄰近的超星系團

本超星系團

包含本星系群(其中包括銀河)的超星系團。室女座星系團位于中心,所以有時也稱為室女座超星系團。

長蛇-半人馬超星系團

由兩個瓣狀組成,通常将整個視為一個超星系團,有時也會将整體的個别部份分别稱為長蛇超星系團半人馬超星系團

英仙-雙魚超星系團

是宇宙已知結構中最大的之一,在遠達2億5千萬光年處,由星系團組成的長鍊北半球冬季跨越過40°的天空。

孔雀-印地安超星系團

這個超星系團有4個主要的星系團:艾伯耳3656、艾伯耳3698、艾伯耳3742和艾伯耳3747。

後發座超星系團

形成CfA侏儒,CfA2長城星系纖維的中心

鳳凰座超星系團

玉夫座超星系團

武仙座超星系團

獅子座超星系團

夏普力超星系團

繼本超星系團之後,發現的第二個超星系團

較遠的超星系團

雙魚-鲸魚超星系團

牧夫座超星系團

時鐘座超星系團

整個的超星系團是時鐘-網罟超星系團

北冕座超星系團

天鴿座超星系團

寶瓶座超星系團

寶瓶B超星系團

寶瓶-摩羯超星系團

寶瓶-鲸魚超星系團

牧夫A超星系團

雕具座超星系團

天龍座超星系團

天龍-大熊超星系團

天爐-波江超星系團

天鶴座超星系團

獅子A超星系團

獅子-六分儀超星系團

獅子-室女超星系團

顯微鏡座超星系團

飛馬-雙魚超星系團

雙魚座超星系團

雙魚-白羊超星系團

大熊座超星系團

室女-後發座座超星系團

遙遠的超星系團

天貓座超星系團

z=1。27,至少有兩個星系團RXJ 0848。9+4452(z=1。26)和RXJ 0848。6+4453(z=1。27)

發現

美國宇航局派遣一架U—2飛機,在地球北半球高空測定宇宙微波背景輻射的過程中,發現了一個特大的超星系團,延伸到20萬萬光年的空間。與我們今天可觀測的100億光年的空間深度相比,這個超星系團占據了很大一個部分。

測定宇宙微波背景輻射,可用來檢驗宇宙學的“原始火球”理論。這個理論認為,宇宙是一二百億年前由一個超密。超壓的“原始火球”在一次大爆炸中形成的。特大超星團的發現,說明這次大爆炸并不是如大多數宇宙學家設想的那樣,按均勻、各向同性的方式進行的,而是按不均勻、非各向同性的方式進行的。

星系分布

LSC的星系數值密度以室女座星系團為中心呈現與距離平方的關系掉落,顯示這個星系群不是被随意選出來的。明亮的星系(絕對星等大于13的)大多數集中在少數的星系雲(星系團組成的集團)内,98%的被發現在11個雲中(以明亮星雲數量遞減的順序排列):獵犬座星系團、室女座星系團、室女II(向南方延展)、獅子II、室女III、巨爵(NGC 3672)、獅子I、小獅(NGC 2841)、天龍(NGC 5907)、喞筒(NGC 2997)和NGC 5643。

位于盤面的明亮星系,三分之一屬于室女座星系團,其餘的都屬于獵犬座星系團和室女II雲,加上有些可能屬于NGC 5643的。在暈中的明亮星系也集中在少數幾個星系雲内(94%分布在7個雲中)。這樣的分布顯示超星系團盤面的"大部分地區都是巨大的空洞"。能夠用來與觀測的現象比拟的是肥皂泡的結構。

稍平的星系團和超星系團能在泡沫的交會處找到,它們是巨大的泡沫,在太空中接近球形(直徑的數量級在20-60 Mpc)的巨大空洞。場纖維的絲狀結構似乎占了優勢。1個例子是長蛇-半人馬超星系團,最靠近LSC的超星系團,它從大約3千萬秒差距之處延伸至6千萬秒差距。

宇宙論

大尺度動力學

自從1980年代就很明顯的呈現不僅是本星系群,包括遠在5千萬秒差距之外的所有物質都以大約600公裡/秒的速度朝向矩尺座星系團(Abell 3627)運動。當天文學家測量出相對于宇宙微波背景輻射(CMB)的運動時,萊登-貝爾等人(1988年)猜測有個"巨引源",但是他的本質為何仍然難以理解。

暗物質

LSC的總質量M≈1x1015M太陽和總光學亮度L≈3x1012L太陽。這樣産生的質-光比大約是太陽的300倍,與其他的超星系團的圖型是一緻的。(作為比較用,銀河系的質-光比是2。7)這種比率是宇宙中存在着大量的暗物質受歡迎的一個主要論點。

據科學日報消息,普朗克在檢測微波天空的時候,通過桑耶維夫-澤爾多維奇效應,這是宇宙微波背景下一種特有的效應,在宇宙空間龐大的物體環境下,拍攝了星系團的首張照片。歐空局任務的XMM-牛頓和随後的普朗克的檢測之間的聯合行動,揭露了其中的有一個知情未知的超星系團的存在。

宇宙中的物質是以高度密集的方式分散,恒星聚集成星系,星系緊密的聚集在一起,在廣闊空曠的空間中形成巨大的一團。星系團可以承受一千個星系,它們布滿了閃亮着明亮的X光線的熱氣;它們大多數由暗物質構成。

普朗克探測衛星的一個目标便是以空間解析度反映所謂的宇宙微波背景(CMB)。這些輻射代表了在宇宙大爆炸之後,随着宇宙的冷卻,與物質密切相關的第一批逃逸的光子。Mondolesi表示,CMB“是宇宙大爆炸37.9萬年後出現的光……是宇宙的第一束光線”。

因此它有高質量的9個頻道,光譜範圍從30到857GHz。這樣一個廣闊的光譜範圍不僅有利于移除所有CMB中的污染源,從而能捕獲早期宇宙的原始圖像,它還使得普朗克成為優秀的星系團搜尋者。

事實上,這九個頻道,是由普朗克團隊基于一個特殊的現象,被叫做桑耶維夫-澤爾多維奇效應(SZE)而精心選擇出來的。當CMB光子再朝我們運動時遇到了星系團時所經曆的能量的改變就叫桑耶維夫-澤爾多維奇效應。因此,即使在星系團紅移的情況下,SZE仍是一種檢測星系團的獨特工具。

“當宇宙大爆炸的分子化石穿越宇宙時,它便于它遇到的物質發生相互作用:比如當它穿越一個星系團,CMB中子便打散了構成星系團的熱氣中的自由電子。”法國奧爾賽空間數據研究所的納比拉?阿加南說道,他是調查SZE團和二次各向異性的普朗克科學家的領導成員。“這些碰撞以一種特殊的方式重新分配了光子的頻率,這使得我們能将CMB信号中的幹預群分離出來。”

因為熱電子比CMB中子更有活力,所以兩者之間的相互作用導緻了中子分散到更高的能量。這意味着,當朝着星系群的方向看CMB時,人們能看到相對低能量中子的不足,和高能量分子的富餘。這個區分不足和富餘的臨界頻率是217GHz。普朗克頻道探測到低于和高于這個臨界頻率的光譜,而其中他們中間的那個頻率恰好就是217GHz。

“依靠這個前所未有的光譜範圍,普朗克可以檢測到星系團的正信号和負信号,因此定位整個天空這些星系團,以及測量他們的物理屬性,普朗克是個十分有用的工具。”普朗克項目科學家揚塔伯說道。普朗克拍攝到的首批圖片包括一些天文學家一直的星系團,比如彗髪,一個很熱的附近的星系團,還有也很近的星系團阿爾貝2319。

普朗克的設計是專門針對檢測散落天空的星系團的SZE信号的,因為它并不适合深度調查,它的分别率太低無法探測出這些星系團的細節,尤其是一些新發現高紅移的星系。

為了确定他們的身份,科學家們利用歐空局的X射線觀察-XMM-牛頓。“由于它高敏感型,使得XMM-牛頓是繼續完成普朗克檢測到的星系團的最佳工具。”領導普朗克團隊利用XMM-牛頓進行之後的研究的莫妮可阿諾說道。正是這兩種ESA任務之間的協同作用使得天文學家能夠使用XMM-牛頓來證實之前普朗克檢測到的的确是星系團,并且它還發現它其實是個更大的結構:是個超星系團!

這個新發現的超星系團的SZ信号來自于三個獨立星系團的信号總和,其中可能還有另外的集群間絲狀結構起作用。這也給大規模氣體分布提供了重要的線索,這對追蹤暗物質的分布也是至關重要的。

普朗克首次天空調查始于2009年8月中旬,于2010年6月結束。

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