超星系團

超星系團

若干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。超星系團的質量範圍為1015~1017太陽質量。

簡介

若干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。超星系團的質量範圍為10~10太陽質量;通常在一個超星系團內只含有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60~100百萬秒差距,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。超星系團內的成員星系團的速度彌散度大約為每秒1,000~3,000公里,但各成員星系團之間的引力相互作用要比星系團內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。至於是否所有的星系團都是不同大小的超星系團的成員,由於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致意見。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。

宇宙大尺度結構-內部結構模型圖宇宙大尺度結構-內部結構模型圖

超星系團的存在說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 。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。

現存的超星系團顯示在我們宇宙內的星系分布是不均勻的;多數的都聚集在一起成為群和集團,每個小集團的星系從50個至數千個不等。這些群和集團與其他星系形成更大的被隔絕的結構,稱為超星系團。
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公里/秒。哈柏定律暗示這些典型星系的速度是在1/H的哈柏時間大約只有3千萬光年時的速度,近似於當時的宇宙年齡。當這些距離以人類的術語表達時,它遠小於超級星系團。在膨脹的宇宙中,一個天體的距離d相當於他現在的速度v乘上它所經歷的時間t,但在時間相較於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。在超級星系團內的自轉軸方向也給予我們洞察在早期宇宙歷史中星系形成的過程[1]。
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爭辯中(參見星系纖維,根據宇宙微波背景輻射的數據,宇宙中的物質在大尺度下是均勻分布的,似乎不存在比“星系纖維”更龐大的構造。超星系團之間有巨大的空洞,在空間中只有少量的星系存在。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

包括本星系群在內的超星系團.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,存在著一個"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,沃庫勒重新提出關於本超星系團的概念,並為後來的研究證實.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於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, 大圓的極坐標在國際天文學聯合會銀道坐標系中是銀經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

超星系團
註解
本超星系團
包含本星系群(其中包括銀河)的超星系團。室女座星系團位於中心,所以有時也稱為室女座超星系團
長蛇-半人馬超星系團
他由兩個瓣狀組成,通常將整個視為一個超星系團,有時也會將整體的個別部份分別稱為長蛇超星系團半人馬超星系團
英仙-雙魚超星系團
 
孔雀-印地安超星系團
 
后髮座超星系團
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
SCI9
武仙座超星系團
SCI160
獅子座超星系團
SCI93
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

超星系團
註解
雙魚-鯨魚超星系團
 
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-鯨魚超星系團
 
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-牡羊超星系團
 
大熊座超星系團
 
室女-后髮座座超星系團
SCI111

遙遠的超星系團

超星系團
資料
註解
天貓座超星系團
z=1.27
至少有兩個星系團RXJ0848.9+4452(z=1.26)和RXJ0848.6+4453(z=1.27)[1]

發現

不久前,美國天文學家發現了一個特大的“超星系團”。這引起了人們的注意。
大家知道,太陽系之外還有一二千億顆恆星,共同組成了“銀河系”;銀河系之外還有千千萬萬個河外“星系”。這些星系往往兩個一組,三五個一群地分布在宇宙空間,天文學家把它們叫做“星系群”。還有比星系群更大的集團——十幾個乃至上千個星系聚在一起,叫做“星系團”。如果若干星系團再組成一個體系,就稱它為“超星系團”。一般的超星系團只有二三個星系團,很少超過幾十個星系團;空間範圍大約幾千萬至幾萬萬光年。

超星系團超星系團

去年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。一位天文學家感嘆道:宇宙在如此巨大的範圍中還存在一定的結構,真是令人拍案叫絕呵!
你看,宇宙物質的分布,從太陽系銀河系、星系團(群)到超星系團,仿佛構成一個又一個“階梯”。有人猜想,在超星系團之上還可以有“超”超星系團、“超超”超星系團……不過迄今天文學家因限於觀測手段的局限,尚無法對此進行驗證。
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,說明這次大爆炸並不是如大多數宇宙學家構想的那樣,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。

“原始火球”大爆炸-內部結構模型圖“原始火球”大爆炸-內部結構模型圖

星系分布

LSC的星係數值密度以室女座星系團為中心呈現與距離平方的關係掉落,顯示這個星系群不是被隨意選出來的。總之,明亮的星系(絕對星等大於13的)大多數集中在少數的星系雲(星系團組成的集團)內,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。位於盤面的明亮星系,三分之一屬於室女座星系團,其餘的都屬於獵犬座星系團和室女II雲,加上有些可能屬於NGC 5643的。在暈中的明亮星系也集中在少數幾個星系雲內(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擬的是肥皂泡的結構。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公里/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於宇宙微波背景輻射(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。這樣產生的質-光比大約是太陽的300倍,與其他的超星系團的圖型是一致的。(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著大量的暗物質受歡迎的一個主要論點。
鳳凰網科技訊據科學日報訊息,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-牛頓和隨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。
這副圖展示了由普朗克和XMM-牛頓(X射線輻射)檢測到的超星系團
宇宙中的物質是以高度密集的方式分散,恆星聚集成星系,星繫緊密的聚集在一起,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,它們布滿了閃亮著明亮的X光線的熱氣;它們大多數由暗物質構成。
普朗克的首要目標是獲取古代宇宙的圖片,也就是宇宙微波背景(CMB),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於移除所有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,是由普朗克團隊基於一個特殊的現象,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歷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,它便於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,這使得我們能將CMB信號中的干預群分離出來。”
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致了中子分散到更高的能量。這意味著,當朝著星系群的方向看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於和高於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號和負信號,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信號的,因為它並不適合深度調查,它的分別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。
為了確定他們的身份,科學家們利用歐空局的X射線觀察-XMM-牛頓。“由於它高敏感型,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確是星系團,並且它還發現它其實是個更大的結構:是個超星系團!
“XMM-牛頓觀察顯示其中一個星系團其實是個由三個獨立巨大的星系組成的超星系團,而普朗克並沒有檢測到這一點。”
“這兩個任務之間的協同作用顯示了巨大的成功,XMM-牛頓將繼續普朗克的檢測來確定這個星系團的本質到底是什麼?”XMM-牛頓項目科學家諾伯特說道。
“這是第一次通過SZE檢測到超星系團的存在,這個重要的發現給超星系團的研究打開了一扇全新的窗戶。“
這個新發現的超星系團的SZ信號來自於三個獨立星系團的信號總和,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於2009年8月中旬,於2010年6月結束。普朗克將會繼續收據數據到2011年底,在此期間它會完成所有的天空掃描。
[2]

天體圖

超星系平面超星系平面
室女座超星系團室女座超星系團

天文學基本術語

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