星系團藉由與其他的星系團合併使其質量增加，星系團的合併會產生如衝擊波等高能現象，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。星系團內介質是瀰漫在星系團內的超高熱電漿，其溫度高達千萬甚至數億Ｋ，發出強烈的Ｘ射線。而星系團合併的衝擊波則可以將ICM的溫度從約1000萬K提高到幾億K，但其加熱機制為何目前還不清楚。
一般來說，解釋衝擊波加熱機制的理論有兩種，分別是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；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。在超新星爆炸所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，其衝擊波的強度（馬赫數）通常大於10。但星系團合併的衝擊波強度大約為1～3，因此不確定是否能用相同的機制來解釋。為了區分這兩種模型，天文學家需要精確測量衝擊波後區的ICM三維溫度分佈。
圖說：錢卓拉X射線天文臺觀測到主合併星系團Abell 520的X光表面亮度影像（左）以及使用前向模型法獲得的該星系團某一區域的三維ICM溫度剖面圖（右）。在該星系團右側的彎曲結構對應於星系團合併過程中產生的衝擊波前，並且在衝擊波前沿處，ICM的溫度瞬間升高（右圖紅線表ICM溫度，藍色垂直虛線表此區的衝擊波前）。圖片來源：上田周太朗
由臺灣中研院天文所的研究團隊使用錢卓拉X射線天文臺（Chandra X-ray Observatory）觀測資料，並首度採用前向模型方法，分析兩個星系團合併的衝擊波前，此方法可以同時測量ICM的三維熱力學結構。結果發現ICM在衝擊波前的溫度最高；其次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。雖然這些結果與瞬間平衡模型相符，但天文學家仍需要更多的證據，來確認瞬間平衡模型是否真的能有效解釋衝擊波加熱機制。由於此次使用的模型方法有助於探索橫跨衝擊波的ICM三維溫度分佈，因此對於下一代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）的觀測也具有重要的意義。相關研究成果發表於《Astronomical Journal》期刊上。（編譯／趙瑞青）
資料來源：中研院天文所
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