星系间的高温气体
著：
Amiel Sternberg
译：
Shea
星系是怎样形成的？天文观测和理论研究认为，这一过程始于均匀分布的宇宙暗物质由于摄动而出现的坍缩。重子物质被挤到了一起，而其密度不断增大，最终这些重子物质形成了我们现在观测到的旋涡星系和椭圆星系。基于远紫外分光探测器（Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer，FUSE）的观测数据，尼可斯特洛（Nicastro）及其同事发现了银河系周围存在大量重子物质的证据——他们认为这些物质是形成银河系以及临近几个星系的原始物质中的一部分。
宇宙中重子物质的总量是宇宙学的一个重要参数。对宇宙中氘-氢丰度比的测量显示，重子物质占了宇宙总质能的4%。值得注意的是，对原始等离子体声学振荡的研究以及对微波背景辐射中涨落的研究证实了这一点。
对宇宙年龄十分之一处（那时星系刚才是形成）的星系间原子氢的观测也可以估计出重子物质的量。那时，大多数的重子物质分布在星系际介质中，它们被第一代恒星和类星体光致电离，并加热至10
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K。但是现在，重子物质的量却显得很少。对星系际介质以及星系团中炽热等离子体（10
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K）的观测显示，其重子物质只占宇宙重子物质总量的1/3。
那么，其他的重子物质到哪里去了呢？一种可能是他们存在于晕族大质量致密天体（massive astrophysical compact halo object，MACHO）中，例如中子星、褐矮星或者行星质量的其他天体，它们由于十分暗弱所以很难被发现。另一种可能是，其他的重子物质隐藏在温度为10
5
-10
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K的稀薄温热电离云中。由于温度太高无法观测到其中的氢原子，同时又由于温度太低而无法发出X射线，所以使用传统的方法很难探测到这些气体云。
星系形成的流体动力学模拟显示，现今大量的重子物质可能确实存在于温度为10
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-10
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K的温-热星系际介质（warm–hot intergalactic medium，WHIM）中。模拟显示，在星系形成过程中，当气体从外围低温、弥散的星系际介质掉入坍缩中的纤维状高密度区时，会产生激波，而这一激波又会导致WHIM的形成。由于WHIM的密度很低，受激的气体很难冷却，预计大约有一半的重子物质处于WHIM中，而不是位于恒星或者星系中。
WHIM能被探测到吗？一种方法是探测“金属”元素（比氦重的元素）的高电离吸收线。氧元素的O
5+
、O
6+
和O
7+
离子是非常重要的候选目标，天文学家称它们为O-VI、O-VII和O-VIII。但是这些氧离子的谱线只能在紫外线和X射线波段才能被观测到，所以必须借助空间设备才能进行观测。远紫外分光探测器（FUSE）、钱德拉X射线天文台和XMM-Newton探测器使得这些观测成为了可能。遥远的类星体可以作为紫外线和X射线的辐射源，如果在视线方向上有电离云存在，就能探测到氧的吸收线。
[图片说明]：天文学家已经找银河系存在一个热晕。现在天文学家使用FUSE发现了本星系群中的纤细的热气体冕。图片版权：FUSE。
事实上，FUSE已经在全天范围内探测到了大量的O-VI吸收体。它们可能是不同距离、不同起源的气体云。其中一些可能是星际介质中的电离气体，另一些则可能位于银河系之外。
O-VI吸收体的视向速度将提供它们起源和位置的重要线索。尼可斯特洛小组以及与之独立的另一个桑巴克（Sembach）小组分析了视向速度超过100km/s到550km/s的高速O-VI吸收体。这一速度超过了银河系中天体运动速度的上限。尼可斯特洛小组证明，从这些吸收体的动能特性分析，它们应该分布于整个本星系群周围，其中本星系群是由银河系、仙女星系以及30个大大小小的不同星系组成的星系群。他们注意到高温气体的延展分布与由O-VII和O-VIII的X射线吸收线探测结果所预言的低密度气体的分布一致。由此推断，高温电离气体的总质量大致和本星系群的动力学质量相当，而且高温气体中有大量的重子物质。
延展分布的高速O-VI吸收体就是WHIM吗？尼可斯特洛认为它们是。但是由于距离测量上的不确定性，这些气体也可能是由超新星喷出的富金属云。所以对这些高温气体的金属丰度测量将有助于我们弄清楚这个问题。
译自 [Nature 2003年2月13日]
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