星系团内介质

星系团中星系之间的空间充满了炽热的、发射X射线的等离子体，其质量超过了星系团中所有恒星质量的总和。

Definition

星系团内介质（intracluster medium）是弥散的、炽热的电离气体，温度高达数千万度，它填充了星系团中星系之间的空间，发射X射线，并构成了星系团主要的重子成分。

Scope

本主题涵盖了炽热星系团内气体（intracluster gas）的性质、其X射线辐射及其提供的诊断信息、星系团核心冷却流问题及其通过反馈机制的抑制、气体的化学富集，以及星系团在宇宙微波背景上留下印记的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应。

Core questions

• 星系团内气体的温度、密度和成分是什么？
• X射线辐射如何诊断气体的状态？
• 星系团核心是否会发生冷却流，以及是什么阻止了失控的冷却？
• 苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应如何使星系团被探测到？

Key theories

炽热的X射线发射气体

星系团内介质是等离子体，被星系团的引力势加热到发射X射线的温度，其辐射揭示了气体的密度、温度和星系团的总质量。

冷却流和反馈

致密的星系团核心应该快速冷却并形成恒星，但观测显示冷却程度远低于预期，这意味着主要来自中心活动星系核的加热抵消了辐射损失。

苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应

星系团内介质中的热电子将宇宙微波背景光子散射到更高的能量，产生一种畸变，从而独立于距离探测到星系团。

Clinical relevance

星系团内介质包含了星系团大部分的普通物质，并记录了其加热和富集历史；其X射线和苏尼亚耶夫-泽尔多维奇（Sunyaev-Zeldovich）信号是寻找星系团和测量其质量以用于宇宙学研究的主要工具。

History

20世纪70年代的X射线卫星揭示了星系团是明亮的X射线源，从而确立了炽热星系团内介质的存在。法比安（Fabian）在1994年综述的预期冷却流，在后来的高分辨率数据中被证明大部分不存在，这指向了活动星系核（AGN）反馈机制，而苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应则成为了一种强大的星系团探测技术。

Key figures

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

Seminal works

• sarazin1988
• fabian1994
• sunyaev1972

Frequently asked questions

为什么星系团中星系之间的气体如此炽热？

当气体落入星系团深厚的引力势阱时，它会被压缩和激波加热，达到数千万度。在这些温度下，它会完全电离并发出X射线。

什么是冷却流问题？

在致密的星系团核心中，气体辐射能量的速度足够快，应该会冷却并形成许多恒星，然而观测发现这种冷却很少。解决方案是中心黑洞注入的能量重新加热了气体，阻止了预测的冷却流。