“死亡”星系团再次形成恒星，天文学家不知道为什么

凤凰星系团是已知质量最大的星系团之一。到目前为止，天文学家已经确定了 42 个成员星系，但该星系团中可能有多达 1,000 个。由于它的大小和年龄，它应该以年轻星系特有的旺盛的恒星形成来完成。

但事实并非如此。

恒星的形成需要寒冷、致密的气体。热气体抵抗坍缩成恒星核心，这些核心成为原恒星，然后是主序星。旧的星系和星系团要么用完了它们的冷气体，要么被剥离了。

这些被称为“猝灭”星系。就恒星的形成而言，星系可以分为红色序列，意思是古老和淬灭的星系，或蓝色云，这意味着有更活跃的恒星形成。

凤凰星系团的中心星系距离地球约 58 亿光年，应该大部分是恒星形成完成的。许多星系团在星系团内介质 （ICM） 中都有一个热气体区域。在一个典型的星系中，这种气体会冷却下来并滋养恒星的形成。

然而，观测表明，这些星系中恒星形成的速度非常低，而且没有证据表明存在冷气体。天文学家将这种差异称为“冷却流问题”，这导致了这个问题：为什么 ICM 没有冷却并形成新的恒星？

对此的主要答案是黑洞来自活跃星系核的射流正在加热气体并阻止其形成恒星。

凤凰星系团的中心星系应该大部分是恒星形成完成的。然而，它有一个非常明亮的核心，这是典型的旺盛恒星形成的典型特征。不知何故，凤凰星团有一个冷气体源，为恒星的诞生提供了燃料。

它是以某种方式自我生成的吗？它是从年轻的星系中涌入的吗？

在新的研究中，科学家们使用 JWST 探测了星系团的核心。他们之所以这样做，是因为之前用其他望远镜进行的观测表明，这个核心非常明亮，表明恒星诞生得很凶猛。由于这与天文学家认为他们对此类星团的了解相矛盾，因此他们的好奇心被激起了。

这项研究发表在自然界的标题为”直接对 Phoenix 集群中的冷却流进行成像。“该研究的主要作者是麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所的物理学研究生迈克尔·里夫（Michael Reefe）。

麻省理工学院物理学副教授、这项研究的合著者迈克尔·麦克唐纳 （Michael McDonald） 领导的研究团队于 2010 年使用南极望远镜.

两年后，他们用多台望远镜再次观测到它。他们发现，由于极端的恒星形成，星系团中的中心星系出乎意料地明亮。研究人员表示，每年可能形成多达 1,000 颗恒星，与银河系相比，这是一个惊人的数字，根据一些研究，银河系每年形成的恒星不到 10 颗。

在之前的观测中，天文学家在凤凰星系团中发现了一些非常热的气体和一些非常冷的气体。他们观察到了大约 100 万华氏度的超热气体和仅 10 开尔文或绝对零度以上 10 度的极冷气体区域。

热气并不罕见，因为超大质量黑洞（SMBH） 可以发射能量极高的射流，可以加热气体。当一个星系年轻时，其中一些气体会冷却并形成恒星。凤凰星系团的中心星系也有一些凉爽的气体。之前的观测表明，中间没有暖气体，这很奇怪。Phoenix 集群中的冷却流问题有答案吗？

研究人员推断，如果凤凰中心星系以某种方式产生了检测到的冷气体，那么一定有介于热气体和冷气体之间的暖气体。这就是 JWST 的用武之地。

JWST 凭借其强大的红外功能，确实发现了一些暖气体。这表明该星团能够产生恒星形成所需的冷气体，因为暖气体是极端温度之间转变的证据。

基于氖发射的新 JWST 观测提供了凤凰星系团中温度在 100,000 到 1,000,000 开尔文之间的第一张大比例尺气体图。

他们在 MIRI 上使用中分辨率光谱仪并收集了 12 小时的红外数据。他们正在寻找氖气发出的特定波长的光，约为 300,000 K 或 540,000 F。这表明存在中间暖气体，这将是冷却的证据。

至关重要的是，氖气与其他特征（如最冷的气体和活跃恒星形成的地点）共空间。这是支持中间气体、其冷却和恒星形成之间直接联系的证据。

“这种 300,000 度的气体就像一个霓虹灯，在特定波长的光下发光，我们可以在整个视野中看到它的团块和细丝，”主要作者 Reefe 在新闻稿.“你到处都能看到它。”

“我们第一次全面了解了恒星形成过程中从热到暖再到冷的阶段，这在任何星系中都从未观察到过，”Reefe 说。“我们可以看到的任何地方都有这种中间气体的光晕。”

天文学家无法在凤凰星系团中看到明显的暖气体这一事实并不意味着它不存在。JWST 为研究人员提供了对星系的最佳观察，揭示了以前隐藏的细节。

尽管如此，必须要问的问题是凤凰城是否特别。JWST 会在其他星系中找到明显的暖气体吗？

“现在的问题是，为什么是这个系统？”“这个巨大的星暴可能是每个星团在某个时候都会经历的事情，但我们目前只看到它发生在一个星团中。另一种可能性是这个系统存在一些分歧，Phoenix 走上了其他系统没有走的路。那会很有趣。

“在凤凰之前，宇宙中形成恒星最多的星系团每年大约有 100 颗恒星，即使这样也是一个异常值。典型的数字是 1 左右，“麦克唐纳说。“凤凰城真的与其他人口不同。”

这给我们带来了一个关于古老星系的悬而未决的问题。它们应该是淬火的或“红色的死的”，但并不是所有的都是。这些冷气体是从哪里来的？它是来自这些星系之外的吗？

“问题是：这些冷气体是从哪里来的？”麦克唐纳说。“热气体永远不会冷却并不是必然的，因为可能存在黑洞或超新星反馈。因此，有一些可行的选择，最简单的是这种冷气体是从附近的其他星系甩到中心的。另一个是这种气体以某种方式直接从核心中的热气体冷却。

[Ne VI] 发射与活跃恒星形成的地点共空间的事实表明，最近发生了气体快速冷却事件，造成了冷却峰值。

研究人员说，这种极端的冷却每年会产生 20,000 个太阳质量的冷气体。这表明这个星系能够为恒星的形成提供自己的冷气体，而且它不是来自其他地方。问题是，如何作？

结果表明，不知何故，中心黑洞实际上是在促进气体的冷却，而不是加热它。

作者写道：“这些数据提供了星团核心中温度在 105 开尔文到 106 开尔文之间的气体的大比例尺图，并突出了黑洞反馈不仅在调节冷却方面的关键作用，而且在促进冷却方面发挥着关键作用。

这项研究回答了凤凰星团提出的部分问题。

作者在结论中写道：“如果短暂的冷却事件在星系团中很常见，为持续的 AGN 反馈提供了必要的燃料，那么 Phoenix 提供了一个独特的窗口，让我们了解这个至关重要但很少被捕获的过程，以了解宇宙中最大质量星系的形成。

“我认为我们非常完全了解发生了什么，就产生所有这些明星的原因而言，”麦克唐纳说。“我们不明白为什么。但这项新工作开辟了一条观察这些系统并更好地了解它们的新方法。

本文最初由今日宇宙.阅读原创文章.

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