找出宇宙最大天體──
星系團──的演化法則
(中央研究院天文及天文物理研究所與日本大阪大學共同發表之研究成果，時間: 臺北時間2018年4月25日)
由日本大阪大學藤田裕副教授主導，臺灣中研院天文所梅津敬一研究員參與其中的一項宇宙研究計畫，最近發現，宇宙中最大天體──「星系團」的演化其實有一個簡單法則。該團隊其他成員有義大利、美國及大阪大學以外的其他日籍學者。研究成果於4/25發表在天文科學專門雜誌 The Astrophysical Journal 上。
圖1a：Subaru望遠鏡攝得MACS J 1206星系團。
圖1b：哈伯太空望遠鏡觀測圖1a 星系團中心區並放大顯示（NASA / ESA，Umetsu et al. 2012, ApJ, 755, 56）。
如圖一所示的星系團（註1），是宇宙中最大的天體。然而精準測量它們的大小和質量卻極難，因它們主要是暗物質所構成，而暗物質無法直接觀測。但有一種方法可以間接觀測暗物質：根據愛因斯坦的相對論，以重力透鏡效應去觀測。當後方星系的光線穿過前方的星系團時，光線行進路徑會受星系團重力的彎曲，如圖二所示。這種變形效果正和日常可見的透鏡（譬如眼鏡、相機鏡頭等）會造成的效果一樣，所以，從地球看到的後方星系，形狀便略呈彎曲。如果能精確測量很多星系形狀上的彎曲，就有辦法得知在其中具「透鏡」作用的星系團之重力場，藉此又可精確測量星系團的大小和質量。
圖二，「重力透鏡效應」示意圖。受星系團重力影響，後方星系的光線會彎曲。（影像提供：藤田裕）
梅津敬一博士在解釋這項研究最棘手問題時表示：「難題是在必須非常精準測量變形程度。」為此，研究小組使用了美國NASA的哈伯太空望遠鏡和日本國立天文臺的Subaru望遠鏡取得的精確觀測資料。再與錢卓X射線衛星望遠鏡取得的氣體溫度資料結合後，進一步將這些資料做了統計檢驗，結果發現的是，這些資料都符合於一個「僅由星系團大小、質量和氣體溫度代表的簡單法則」。此外，經過充分的電腦模擬，計算結果顯示，星系團可以根據這項法則生長40億~80億年。按理論顯示，這意味著巨大星系團仍處於青春期，藉重力吸引大量周圍物質而成長（如圖三）。
圖三，（左）處於成長期的星系團吸引很多星系和暗物質。星系快速被吸入，氣體溫度容易升高。本研究發現的新法則認為，大型星系團還在這個階段。（右）成熟期的星系團，狀態穩定，吸引較少的星系和暗物質。（影像提供：藤田裕）
藤田裕副教授表示，「我們已發現主宰星系團生長的定律。」由於星系團在早期快速生長期內部構造獨特，所以這項簡單定律可用來校準星系團質量和其他觀測性質間的關係，是研究宇宙學領域的重要關鍵，「我們這項研究成果能讓大家更合理的解釋星系團和宇宙的演化史。」
註1：星系團通常含數百至數千個星系，大小約1000萬光年，質量約為太陽質量1015倍。超過80％的成分是暗物質。銀河系所在的星系團是「室女座星系團」。
論文篇名：
"Discovery of a new fundamental plane dictating galaxy cluster evolution from gravitational lensing" 已發表於 The Astrophysical Journal 期刊，DOI: 10.3847/1538-4357/aab8fd