后发座或贝伦尼丝之发：宇宙巨像

什么是星系团？

星系团的定义和组成

星系团是我们宇宙中可观测到的最大结构。 它们由数百个星系组成，通过它们自身的引力吸引而连接在一起。

星系之间有大量物质，比星系本身多得多的物质；这种物质由温度高低不一的气体和尘埃颗粒组成。 温度可达1亿度的热气体形成等离子体，即电子与原子核分离的物质汤。 在这种低密度汤中（每立方米1000个粒子），只有带电粒子，即分离的离子和电子。 这种等离子体是强烈的X射线发射源。

对星系和星系团内气体速度的观测表明，可见质量（恒星、气体）不足以解释观测到的引力。 星系团的大部分质量因此归因于暗物质。

后发座星系团的结构

球形和密集的架构

后发座星系团是一个星系团。 它是球形的，中心非常密集，包含超过1000个已识别的星系。 它位于室女座方向，距离3亿光年，与室女座星系团在一起。

半百万光年尺度的热气体臂

在后发座星系团中看到的这些巨大的热气体臂至少覆盖了半百万光年。 这个视场让我们了解到后发座星系团是如何通过小群星系团的并合而成长并继续成长的。

由引力维系的最大结构之一

它目前是由引力维系在一起的宇宙中最大的结构之一。 这张合成图像的光学数据显示了数百个属于后发座星系团的星系。

热气体的优势

所有这些星系聚集在一起，与整个气态宇宙结构相比，质量很小。 它们仅包含约六分之一的热气体质量。 此外，在这张用钱德拉数据处理的图像中，我们只能看到最亮的X射线发射。 实际上，热气体完全充满了视场。

气体臂的起源和磁场的作用

由运动过程中剥离的气体形成的臂

研究人员认为，这些巨大的臂很可能是由星系团在运动中失去的气体形成的。 气体被星系团运动产生的"风"剥离。 在放大的图像中，我们可以看到星系拖着热气体云（粉红色）在它们后面。

一个特点：中心有两个巨大的椭圆星系

后发座是一个不寻常的星系团，因为它的中心附近包含的不是一个，而是两个巨大的椭圆星系。 这两个巨大的椭圆星系很可能是过去小群星系并合的结果。

湍流的并合...但令人惊讶地平滑的气体

大多数理论模型预测，像后发座这样的群之间的并合会产生强烈的湍流，就像许多船只经过时搅动的海面一样。 然而，对后发座星系团的观测表明，这些长而平滑的热气体臂即使在多次并合后也处于相当平静的环境中。

作为湍流调节器的磁场

虽然星系团中的湍流数量难以估计，但天体物理学家认为，大尺度磁场可能是造成后发座中湍流较少的原因。

暗物质在后发座星系团中的主导地位

揭示看不见质量的运动速度

后发座星系团内星系的动力学受暗物质引力的主导。 星系的轨道速度可达每秒数百公里，这个值太高，无法仅用恒星和星系团内气体的可见质量来解释。 应用维里定理，天体物理学家估计星系团的总质量约为10¹⁵太阳质量。

与不可见质量相比可忽略的可见质量

然而，可见质量（星系和热气体加起来）仅占这个值的约15%。 其余部分，即近85%，因此归因于一种仍鲜为人知的物质形式：暗物质。 它不发射、吸收或散射任何光，而是通过其在天体运动中的引力印记来显现。

暗物质，大尺度结构的建筑师

大尺度宇宙结构形成的数值模拟表明，像后发座这样的星系团是由巨大的暗物质晕的引力坍缩形成的，然后吸引并捕获气体和星系。 后发座星系团中星系的空间分布高度集中于其中心，这与冷暗物质（CDM (cold Dark Matter)）模型的预测完全一致。

揭示暗宇宙奥秘的实验室

因此，后发座星系团是测试我们对暗物质和大尺度引力定律理解的最佳实验室之一。 未来的观测，特别是弱引力透镜或使用欧几里得太空望远镜等仪器，将能够更精细地绘制这种不可见质量的分布，并约束暗物质的性质。