x射线冷核星系团研究进展

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1、第32卷第1期天文学进展Vo1．32．NO．12014年2月PROGRESSINASTRONOMYFeb．，2014X射线冷核星系团研究进展刘昂，余恒(北京师范大学天文系，北京市100875)摘要：冷核是指在一部分x射线星系团中出现的低温高亮的核状结构。冷核星系团在x射线表面亮度轮廓、温度轮廓、中心冷却时间、质量沉积率、熵轮廓等多个方面具有与非冷核星系团截然不同的观测特征。星系团冷核的发现距今已有40年，人们对冷核的认识经历了由冷流模型到稳定冷核模型的转变。但是直到今天，冷核的产生机制和维持条件仍未完全弄清。研究冷核对于理解活动星系核产能机制、星系际元素增丰过

2、程、星系团的形成与演化、大尺度结构形成等众多领域具有非常重要的意义。关键词：星系团；星系团内物质；X射线；冷流；冷核中图分类号：P157．8文献标识码：A1引言星系团是由几百到上千个星系聚集而成的巨大天体，是目前己知宇宙中最大的引力束缚系统。一个典型星系团的空间尺度为几Mpc，总质量可达到10M一10Me。星系团内物质fIntra-ClusterMedium，ICM1为温度在1—15keV的电离气体，其X射线光度可达1036—1039J．S-1。星系团的X射线研究始于1966年，Byram等人使用探空火箭在室女座星系团的中心星系M87附近探测到了x射线辐射，这

3、也是有x射线辐射的河外源第一次被发现。1970年，UhuruX射线卫星发射上天之后，证实星系团是非常强的x射线辐射源。星系团的探测从此有了新的手段和依据。随后的几十年，又陆续有Einstein，EXOSAT，R0SAT，Chandra，XMM—Newton等多个X射线天文卫星发射上天，越来越先进的观测设备使得X射线波段成为了星系团研究的一个重要窗口。星系团冷流的概念提出于20世纪70年代。从早期的X射线观测中，人们已经认识到星系团的X射线辐射主要来自星系团内高温气体的热轫致辐射。如果气体冷却的过程足够迅速，以致于使其冷却时间(t。00】，即气体以其当前的辐射功

4、率消耗掉其全部能量所需的时收稿日期：2013—05—27；修回日期：2013—09—25资助项目：973计划(2O12CB821804)：中央高校基本科研业务费专项资金；北京师范大学自主科研基金通讯作者：刘昂，liuang~mail．bnu．edu．cn天文学进展32卷间)短于系统的存在时间(。)，那么气体将会持续冷却，并向星系团的核心坍缩，形成冷流。但是，在20世纪70年代前期的观测中，通过对星系团轫致辐射发射系数与表面亮度的研究，人们并没有发现能够导致tc00】

5、ey等人还是意识到，对于X射线光度更高的星系团，可能存在t⋯】与星系团系统年龄t。相近的情况。星系团冷流最早的观测证据是在英仙座星系团中发现其核心具有软x射线波段的表面亮度尖峰。1974年，Fabian等人使用哥白尼卫星上的X射线成像系统对英仙座星系团的中心星系NGC1275进行了观测，发现在0．5—1．5keV的软X射线波段，NGC1275附近一个很小的区域内出现了辐射强度的峰值。后续的相关研究证实，英仙座星系团的核心处气体密度非常高，使得该区域的X射线辐射呈现明显的峰值特征。除了x射线表面亮度轮廓的峰值之外，星系团的温度由内向外递增fdG／dr>0)，通过

6、表面亮度和温度计算得到的冷却时间远远小于哈勃时间，这些观测现象都预示着冷流的存在。最有力的证据是在光谱观测中发现了来自于星系团中心的低电离态的软x射线波段发射线，如0．636keV的OVIII线、0．800keV的FeXVII线和1．09keV的FeXXIV线。这些发射线表明，在这些星系团的核心区域，气体的温度低于1keV。1979年，Canizares等人”利用EinsteinFPCSfFocalPlaneCrystalSpectrometer)对室女座星系团中心星系M87周围19kpcx190kpc的区域进行了观测，发现该区域存在着低温气体，并将其温度限制

7、为1keV甚至更低。1981年，Mushotzky等人使用Einstein的固态光谱仪(SolidStateSpectrometer)对英仙座星系团的核心区域进行了观测，由观测数据推断出冷却时间t。nn12×100a，质量沉积速率约为300Me．a一，低温气体的特征尺度约为10—20kpc。类似的观测很快从英仙座星系团、室女座星系团扩大到其他的目标。1984年，Jones和Forman对Einstein望远镜的星系团x射线图像观测进行了总结，并研究了其中46个星系团的表面亮度轮廓，发现它们的气体密度和温度与冷流理论的预测结果相吻合。Stewart等人通过对36

8、个星系团x射线表面亮度的反投影fdep