X射线卫星XMM-牛顿以新视角观察太空三叶草

天文学家在一些星系周围发现了巨大的圆形射电特征，其来源不明。现在，对其中一个被称为“三叶草”的射电特征的新观察表明，它是由星系群碰撞而形成的。

在不同光线下研究这些统称为 ORC(奇数射电圈)的结构，为科学家提供了探索从超音速冲击波到黑洞行为的一切的机会。

“这是人们第一次看到与 ORC 有关的 X 射线辐射，”这项研究的负责人、德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的天体物理学家 Esra Bulbul 说道。“这是解开 Cloverleaf 形成之谜的钥匙。”

描述该结果的论文于 4 月 30 日发表在《天文学和天体物理学快报》上。

偶然的发现

直到 2021 年，没有人知道 ORC 的存在。得益于技术的进步，无线电勘测变得足够灵敏，可以接收到这种微弱的信号。几年间，天文学家发现了八个这种奇怪的结构，它们随机散布在银河系之外。每个结构都大到足以包裹整个星系——有时甚至好几个星系。

“产生如此广泛的无线电辐射所需的能量非常强大，”布尔布尔说。“一些模拟可以重现它们的形状，但不能重现它们的强度。没有模拟能够解释如何创造兽人。”

当 Bulbul 得知 ORC 尚未在 X 射线下进行研究时，她和博士后研究员 Xiaoyuan Zhang 开始仔细研究 eROSITA(使用成像望远镜阵列的扩展伦琴巡天)的数据，eROSITA 是一台德国/俄罗斯的轨道 X 射线望远镜。根据不到 7 分钟的观察时间，他们注意到一些 X 射线发射似乎可能来自 Cloverleaf。

这让他们有足够充分的理由组建更大的团队，并确保 XMM-Newton 望远镜有额外的使用时间，XMM-Newton 望远镜是欧洲航天局 (ESA) 发起的一项任务，得到了 NASA 的协助。

“我们只被分配了大约五个半小时的时间，数据是在 11 月的一个晚上晚些时候才收到的，”布尔布尔说。“我把它转发给了小元，第二天早上他来到我的办公室说，‘检测成功’，我就开始欢呼了!”

“我们真的很幸运，”张说。“我们在 eROSITA 观测中看到了几个靠近 ORC 的可信 X 射线点源，但没有看到我们用 XMM-Newton 看到的扩大发射。事实证明，eROSITA 源不可能来自 Cloverleaf，但这足以让我们仔细观察。”

漫游星系

X 射线辐射追踪了星系群内气体的分布情况，就像犯罪现场周围的警戒线一样。通过观察气体如何受到干扰，科学家确定了苜蓿叶星系中的星系实际上是两个独立星系群的成员，它们靠得足够近，可以合并。辐射的温度也暗示了所涉及的星系数量。

当星系合并时，它们的总质量越高，引力就越大。周围的气体开始向内下沉，从而加热下沉的气体。系统的质量越大，气体的温度就越高。

根据发射的 X 射线光谱，温度约为 1500 万华氏度，即 800 万至 900 万摄氏度。“通过这一测量，我们推断出 Cloverleaf ORC 由大约十几个相互引力作用的星系所承载，这与我们在深可见光图像中看到的情况一致，”张说。

研究团队提出，此次合并产生的冲击波加速了粒子，产生了无线电发射。

“星系总是在相互作用和合并，”美国宇航局马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心 XMM-牛顿项目科学家金·韦弗 (Kim Weaver) 表示，他没有参与这项研究。“但加速粒子的来源尚不清楚。对于强大的无线电信号，一个有趣的想法是，驻留的超大质量黑洞在过去经历过极端活动，而来自古老活动的残留电子因这次合并事件而重新加速。”

虽然星系群合并很常见，但 ORC 却非常罕见。目前还不清楚这些相互作用如何产生如此强烈的射电辐射。

“合并是结构形成的支柱，但这个系统中有一些特殊的东西，可以大大增强无线电发射，”布尔布尔说。“我们现在还不能确定它是什么，所以我们需要从无线电和 X 射线望远镜获取更多、更深入的数据。”

该团队解决了 Cloverleaf ORC 的本质之谜，但也提出了更多问题。他们计划更详细地研究 Cloverleaf，以找出答案。

“我们可以通过更彻底的观察学到很多东西，因为这些相互作用涉及各种科学，”韦弗说。“你几乎把我们在宇宙中处理的所有事情都放在这个小盒子里。它就像一个迷你宇宙。”