大爆炸后14亿年发现的不可思议的高热天体

在微弱残留的光芒上投下的“阴影”，大爆炸揭示了早期宇宙中一个巨大的天体，它挑战了我们对宇宙进化的预测。

这是一个名为SPT2349-56的星系团。它在大爆炸仅14亿年后被发现，其中的气体温度远远高于应有的温度。星系团的引力加热本应是一个缓慢过程，需要数十亿年才能达到SPT2349-56的温度区间。

“我们没想到宇宙历史这么早就会出现如此炽热的星团大气，”天体物理学博士生大志说周加拿大不列颠哥伦比亚大学的。

“事实上，起初我对信号持怀疑态度，因为它太强，不像真实的。但经过数月的核查，我们确认这种气体的温度至少是预测的五倍，甚至比我们目前许多集群中发现的气体更热、更有能量。”

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SPT2349-56首次于2010年在南极的南极望远镜观测中被发现，早期迹象表明它不寻常。后续观察，2018年出版确认该天体是由30多个星系组成的星系团，它们以比银河系快1000倍的速度疯狂形成恒星，并且正朝着碰撞轨道飞驰。

由于这场极端戏剧发生在大约124亿年前的早期宇宙中，天文学家认为它很可能会在宇宙历史的关键时刻为星系演化提供一些线索。

在周周的带领下，一个国际团队使用超灵敏的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）探测宇宙微波背景（CMB）——自宇宙冷却至一定温度以来，宇宙中仍弥漫着微弱且均匀的光芒这让光线自由流动.

他们想找到一种被称为苏尼亚耶夫-泽尔多维奇信号，这是由于星系团中热气体中的电子与CMB的光子相互作用所致。由于CMB非常平滑，这些“阴影”会产生可以被检测和测量的对比度。

星系团是一个空间口袋，其中重力增强当星系彼此拉得更近。这种引力作用于星系内部的气体——星系团内介质——挤压和加速，这两者都会增加它的能量。

SPT2349-56是早期宇宙星系团的一个极端例子，无论是大小还是恒星形成，且以往测量显示出两者之间存在大量分子气体。周和他的同事们仔细观察了这种气体，以确定它能告诉我们关于星系团内部动力学的什么信息。

“理解星系团是理解宇宙中最大星系的关键，”天体物理学家斯科特·查普曼说达尔豪斯大学的成员，该校前身为加拿大国家研究委员会。

“这些大质量星系大多存在于星系团中，其演化深受星系团形成时极强环境的影响，包括星系团内介质。”

ALMA Sunyaev-Zeldovich的信号不仅清晰，更是强大。分析显示高温电子具有明确的热特征，温度超过1000万开尔文。虽然研究人员希望能及早探测到温暖的星团内介质，但这远超预期。

根据现有模型，单靠重力不可能产生这种温度。研究人员怀疑，至少有三个超大质量星球发出的强大喷流黑洞SPT2349-56可能注入了额外的能量。

“这告诉我们早期宇宙中，可能有三个最近发现的超大质量黑洞在星团中，已经向周围环境注入大量能量，塑造了年轻的星团，比我们预想的更早、更强大。”查普曼解释道.

这反过来表明，我们对星系团演化的理论理解远未完成——即使在早期宇宙时期，也必须考虑整个星系团生态系统，因为我们可能不预期某些动态会起作用。

“我们想弄清楚强烈的恒星形成、活跃的黑洞和过热大气的相互作用，以及这告诉我们当前星系团是如何形成的，”周周说.

该研究已发表于自然.

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