Môi trường giữa các cụm thiên hà

Không gian giữa các thiên hà trong một cụm được lấp đầy bởi plasma nóng, phát ra tia X, có khối lượng vượt quá tổng khối lượng của tất cả các ngôi sao trong cụm.

Definition

Môi trường giữa các cụm thiên hà là khí ion hóa khuếch tán, nóng, ở nhiệt độ hàng chục triệu độ, lấp đầy thể tích giữa các thiên hà trong một cụm, phát ra tia X và cấu thành thành phần baryonic chủ yếu của cụm.

Scope

Chủ đề này bao gồm các đặc tính của khí nóng giữa các cụm, sự phát xạ tia X của nó và các phương pháp chẩn đoán mà nó cung cấp, vấn đề về dòng chảy nguội lạnh trong lõi cụm và sự triệt tiêu của chúng bởi phản hồi, sự làm giàu hóa học của khí, và hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich mà qua đó các cụm in dấu lên nền vi sóng vũ trụ.

Core questions

• Nhiệt độ, mật độ và thành phần của khí giữa các cụm là gì?
• Sự phát xạ tia X chẩn đoán trạng thái của khí như thế nào?
• Các lõi cụm có trải qua dòng chảy nguội lạnh không, và điều gì ngăn chặn sự nguội lạnh mất kiểm soát?
• Hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich cho phép phát hiện các cụm như thế nào?

Key theories

Khí nóng phát ra tia X

Môi trường giữa các cụm là plasma được gia nhiệt bởi thế hấp dẫn của cụm đến nhiệt độ phát ra tia X, sự phát xạ của nó tiết lộ mật độ khí, nhiệt độ và tổng khối lượng cụm.

Dòng chảy nguội lạnh và phản hồi

Các lõi cụm dày đặc lẽ ra phải nguội nhanh chóng và hình thành sao, nhưng các quan sát cho thấy sự nguội lạnh ít hơn nhiều so với dự kiến, ngụ ý sự gia nhiệt, chủ yếu từ nhân thiên hà hoạt động trung tâm, bù đắp cho sự mất mát bức xạ.

Hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich

Các electron nóng trong môi trường giữa các cụm tán xạ các photon nền vi sóng vũ trụ lên năng lượng cao hơn, tạo ra một sự biến dạng giúp phát hiện các cụm một cách độc lập với khoảng cách.

Clinical relevance

Môi trường giữa các cụm thiên hà chứa hầu hết vật chất thông thường của một cụm và ghi lại lịch sử gia nhiệt và làm giàu của nó; các dấu hiệu tia X và Sunyaev-Zeldovich của nó là công cụ chính để tìm kiếm các cụm và đo khối lượng của chúng cho mục đích vũ trụ học.

History

Các vệ tinh tia X vào những năm 1970 đã tiết lộ rằng các cụm là nguồn tia X phát sáng, thiết lập môi trường giữa các cụm nóng. Các dòng chảy nguội lạnh dự kiến, được Fabian xem xét vào năm 1994, phần lớn đã không xuất hiện trong dữ liệu độ phân giải cao sau này, cho thấy phản hồi từ AGN, trong khi hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich trở thành một kỹ thuật mạnh mẽ để tìm kiếm cụm.

Key figures

• Craig Sarazin
• Andrew Fabian
• Rashid Sunyaev
• Yakov Zeldovich

Seminal works

• sarazin1988
• fabian1994
• sunyaev1972

Frequently asked questions

Tại sao khí giữa các thiên hà trong một cụm lại nóng như vậy?

Khi khí rơi vào hố hấp dẫn sâu của một cụm, nó bị nén và gia nhiệt bởi sóng xung kích, đạt đến hàng chục triệu độ. Ở những nhiệt độ này, nó bị ion hóa hoàn toàn và phát sáng trong tia X.

Vấn đề dòng chảy nguội lạnh là gì?

Trong các lõi cụm dày đặc, khí bức xạ năng lượng đủ nhanh để nó lẽ ra phải nguội đi và hình thành nhiều ngôi sao, nhưng các quan sát lại tìm thấy rất ít sự nguội lạnh như vậy. Giải pháp là năng lượng được tiêm vào bởi lỗ đen trung tâm làm nóng lại khí, ngăn chặn dòng chảy nguội lạnh được dự đoán.