星系團合併引發的衝擊波使星系團內介質瞬間極熱

中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2024年9月24日 

標題影像來源： X-ray: NASA/CXC/UVic./A.Mahdavi et al. Optical/Lensing: CFHT/UVic./A.Mahdavi et al.

星系團經由與其他星系團合併，來增加質量。星系團合併會產生高能現象，如衝擊波，這對發出高熱Ｘ光的星系團內介質（intracluster medium，簡稱ICM）之溫度變化有很大影響。衝擊波可以將ICM的溫度從大約1000萬度提高到幾億度，但其加熱機制目前還不清楚。

一般來說，解釋衝擊波加熱機制的理論有兩種：瞬間平衡和絕熱壓縮。瞬間平衡模型認為，電子會迅速與離子達到相同溫度。而絕熱壓縮模型則認為，電子先被壓縮加熱，然後再慢慢與離子達到相同溫度。在超新星爆炸引發的衝擊波加熱星際介質（interstellar medium，簡稱為ISM）現象，可以用瞬間平衡模型來解釋，但這些衝擊波的強度（馬赫數）通常大於10，而星系團合併的衝擊波強度大約為1至3，因此我們不確定是否能用相同機制來解釋。為了區分這兩種模型，我們需要精確測量衝擊波後區的ICM三維溫度分佈。

臺灣中研院天文所的國科會研究學者上田周太朗博士和日本仁科加速器科学研究中心的一戸悠人博士，使用錢卓X光觀測衛星並首度採用前向模型方法，分析兩個在星系團合併的衝擊波前。這種方法可以同時測量ICM的三維熱力學結構，並發現：（1）ICM在衝擊波前的溫度最高，（2）在衝擊波後延伸至約300千秒差距的區域，ICM保持約10 keV的恆溫。這些結果與瞬間平衡模型相符。

雖然我們需要更多證據來確認瞬間平衡模型能有效解釋衝擊波加熱機制，但此法有助於探索橫跨衝擊波的ICM三維溫度分布，對於下一代X光觀測如XRISM衛星，和阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列對蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應（Sunyaev-Zel’dovich effect，簡稱SZ效應）的觀測也有重要意義。

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本篇論文發表於2024年9月23日出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：Three-dimensional thermodynamic structures of the intracluster medium across edges in the X-ray surface brightness of massive, bright, dynamically-active galaxy clusters

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中央研究院天文及天文物理研究所 上田周太朗博士

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