2018年10月18日
幾乎所有的星系團都經歷過合併。星系合併時，透過X射線圖像，通常能觀察到特定的「螺旋」形狀特徵。這種螺旋，其實是氣體運動造成的（運動則隨合併而產生），天文學家稱為「晃蕩氣體」。在日常生活中不難觀察到類似晃動氣體的現象，如果你在一個高腳杯裡裝點水輕輕搖晃它，會看到水流隨著玻璃杯一起在轉動。由於這種晃蕩氣體的運動速度究竟是多少，在天文物理上有其重要意涵，所以一直以來，研究星系團的天文學者都非常想知道答案。來自台灣和日本的研究團隊現在研究出一種新技術，藉由迄今最好的太空和地面望遠鏡圖像，終於把「晃蕩氣體」的速度測出來了。答案是：「次音速！」
該研究團隊的主持人，中央研究院天文及天文物理研究所的上田周太朗博士說：「星系合併事件，是整個星系團演化裡最重要的一個因素。因此，測量『晃蕩氣體』的速度不只是有助於認識這種氣體運動起源在哪裡，對理解星系團演化也至關重要。然而，先前因為測量上的困難，我們對『晃蕩氣體』的速度是多少，了解非常有限，學界到目前為止，一共只發表過幾個零星的結果。現在因為優異的錢卓X射線望遠鏡和ALMA毫米波望遠鏡的圖像，我們得以成功開發出一種新技術－－藉由結合兩者的圖像並對遙遠星系團內氣體的微小擾動加以計算，我們總算把這個重要的難題解開了。」
測量氣體運動對天文學家來說一向重要，因為運動不僅是物理基本量，也是天體的一項重要可觀測數值。天體的運動可直接告訴我們，在該「系統」中發生過的故事。因此，能測量到運動就能進一步揭示：該運動是從哪裡發生的，起源處的性質是什麼，其中主導著運動的是什麼樣的機制，以及天體本身的性質。
以星系團來說，目前已找到的不少特徵可能暗示著星系團內介質的運動，這些特徵也被認為和星系團演化有關聯。然而，由於X射線觀測衛星配備的CCD相機「能量解析度」不足，致使星系團內介質的運動很難測量得到。這使得天文學家對星系團內介質的運動速度了解受很大限制，即便已知的星系團數量已高達數百個，且過去二十年間已進行大量觀測，對運動速度有所著墨的，僅只限於零星幾個少數樣本。事實上，對星系團內介質的運動進行測量，挑戰性的確非常高，此外，在X射線波段，只有高度游離鐵原子的發射譜線的都卜勒位移能用來測量速度，因此，研究人員只能測量在視直線上的合併星系團內介質的運動速度。
這樣的窘境最近略為緩解，因為已有一種新方法提出，可藉研究X射線圖像中的擾動來測量速度，但目前基於該方法的研究成果仍相當有限。因此，星系團內介質運動的測量迄今仍是相關領域最熱門的話題之一，尤其它的速度究竟是多少，是認識星系團性質的最重要物理量。
取得嶄新結果的這支團隊決定用錢卓和ALMA望遠鏡來幫星系團內介質測速，領隊的上田博士補充說：「當然，我們非要用錢卓X射線觀測站和ALMA望遠鏡的圖像不可，因為只有它們才能提供我們所需要的精細角分辨率。我們需要觀測的是位於數十億光年外遙遠星系團，那非常小。」
[照片]
A. 圖一：這是「錢卓太空觀測站」以「RXJ 1347.5-1145星系團」為觀測標的，取得該星系團之「X射線表面亮度圖像」。圖像顯示的是星系團內介質的電子分佈密度：中心區的電子密度（本圖像中以紅色和較為明亮的顏色標示）遠高於星系團的外圍區（在圖中顯示為藍色和較深色的部分）。請注意，圖中的顏色是人為加上的，僅只表示電子密度的高低。綠色十字標示的是星系團中心位置。錢卓X射線太空望遠鏡取得的這張圖像，橫軸和縱軸略顯對稱，微微朝左下側拉長。這個拉長是和星系團下方的一個子結構相關，子結構的外觀特徵，在圖二中清晰可辨。
B. 圖二：應用本團隊所開發的新穎技術後所找到的是圖一的「餘留像」（或「殘像」；residual image），即星系團之「子結構」。得到這種殘像的方法在概念上有點類似像譬如說如果你能辨識出想消掉的前景是哪些，（用公式演算）把它減掉，然後再予以成像一次，便能讓後面本來被遮住的東西露出來。經過這個處理，星系團中心區域顯現出來的外觀特徵呈螺旋狀，那也是「晃蕩氣體」的證據。一般認為晃蕩氣體圍繞著星系團中心運動。另外，在左下角有個以紅色標示出的結構，可能是星系團合併的證據。
C. 圖三是ALMA望遠鏡所拍攝的圖像，用來顯示「RXJ 1347.5-1145星系團」的Sunyaev-Zel'dovich效應，以藍色和較深顏色顯示。請注意，圖中的顏色是人為加上的，僅只表示Sunyaev-Zel'dovich效應的強弱。整個圖像的形態和圖一的X射線表面亮度所顯示的外觀特徵近似。綠色十字標示的是星系團的中心位置。
D. 圖四：這是應用了與圖二用的相同的新穎技術法後，取得的「圖三的餘留像」（相當於「圖三的有些遮蔽物被減除後剩下的東西」）。有趣的是，圖四在星系團中心區域並沒有螺旋特徵。也正因為X射線與Sunyaev-Zel'dovich效應的的餘留像兩者間具有這種差異，所以提供我們關於晃蕩氣體速度為何，這是一項重要資訊。此外，左下側有和圖二相同的特徵，可能是星系團合併的證據。