ACT-CL J0102-4915

ACT-CL J0102-4915星系團是截至北京時間2014年4月9日發現的最大型早期宇宙星系團，其規模可能比原先預計的還要大一些。據美國航空航天局（NASA）哈勃太空望遠鏡的最新觀測結果顯示（ACT-CL J0102-4915星系團稱之為“El Gordo”星系團暱稱為“大胖子”），其所容納的質量可能與三千萬億（3乘以10的15次方）顆太陽相當。這比原先科學家所估計的值大了43%。 ^[1] 

ACT-CL J0102-4915星系團距離地球超過70億光年。因此，天文學家觀測到的信號，實際上已經有將近一半的宇宙年齡（約138億年）。在2012年的報道中，“大胖子”星系團的質量大致相當於2千萬億顆太陽。研究者利用NASA的錢德拉X射線天文台和歐洲南方天文台位於智利的甚大望遠鏡陣列，對星系團內部的氣體温度以及星系的運動進行了研究，估算出了這一數據。不過，該結果存在着一些偏差，原因主要是該星系團可能是兩個星系團之間碰撞的結果。 ^[1] 

這一星系團是科學家在這一距離和更遠距離尺度上迄今所觀察到的質量最為巨大，温度最高，X輻射最劇烈的星系團。 ^[2] 

科學家們能夠發現“大個子”星系團的存在，還要感謝蘇尼阿耶夫-澤爾多維奇效應，即所謂的SZ效應。在這一現象中，宇宙微波背景輻射發出的光子和星系團等天體內部高温氣體中的電子發生相互作用，在此過程中光子獲得能量，其結果是造成信號的扭曲，從微波背景輻射偏向星系團的方向。這種扭曲的程度取決於高温電子温度的密度，以及星系團本身的大小。美國宇航局錢德拉X射線空間望遠鏡和8米口徑的歐洲南方天文台甚大望遠鏡(VLT)的觀測發現“大個子”星系事實上是兩個獨立的星系團正相向而行，以每小時700萬英里(約合1126.5萬公里)的速度相互接近。 ^[2] 

星系團是宇宙中由引力維繫的最大尺度天體，它們是由更小規模上的星系和星系團逐漸在引力作用下聚合形成的。由於這種形成過程取決於宇宙中暗物質和暗能量的多寡，因此對這種星系團進行研究將可以反過來幫助我們加深對暗物質和暗能量的瞭解。 ^[2] 

研究共同作者、來自羅格斯大學的約翰·休斯（John Hughes）指出，“我們想知道一個處於碰撞過程之中的星系團是什麼樣的，以及這場碰撞如何影響X射線氣體和星系運動，”“因此，由於複雜的碰撞融合狀態，我們對星系團質量的估算上還存在着一些疑問。”

星系團融合中的幾何學計算有可能使研究者無法準確估計ACT-CL J0102-4915”星系團的動能，從而低估了星系團的質量。根據哈勃太空望遠鏡的最新觀測結果可知，事情正是如此。詹姆斯·吉和他的團隊利用哈勃太空望遠鏡，對ACT-CL J0102-4915星系團的巨大引力如何使其後面的星系圖像發生扭曲進行了測定。扭曲的角度經過換算，便得出了大約相當於3千萬億顆太陽的質量數據。

天文學家已經發現了距離地球較近的、規模類似“大胖子”的星系團，但後者極端的距離使其與眾不同。天文學家認為，如此巨大的星系團在宇宙早期是非常罕見的。

研究團隊計劃用哈勃太空望遠鏡繼續對“大胖子”星系團進行研究。該星系團如此巨大，以至於無法完全進入哈勃望遠鏡的視野中。研究者打算下一步先獲取一張拼接圖片。來自伊利諾伊大學的費利佩(Felipe Menanteau)指出：“可以説ACT-CL J0102-4915星系團真是個“大胖子”，但我們不知道他的腿腳長什麼樣子，因此我們還需要一個更大的視野，來獲得整個的全貌圖片。” ^[1] 

ACT-CL J0102-4915星系團由兩個單獨的子星系團對撞而成，碰撞時速達數百萬公里（~500km/s）。由於它距離我們極遠，星系發出的光需要幾十億年才能到達地球（紅移z=0.87）。

研究團隊領導、美國羅格斯大學的Felipe Menanteau解指出： “在如此遙遠及更遠距離上，它是已知質量最大、温度最高、發射X線輻射最多的星系團。我們為此投入了大量的觀測時間，令我們高興的是，我們賭對了——發現了頗不尋常的星系團相撞。”

在宇宙中，星系團是通過引力維繫在一起的最大天體。它們形成的過程——小星系羣合併的過程，與當時的暗物質、暗能量的密度緊密相關。因此，研究星系團就是這些神秘的宇宙黑箱中漏出的一絲光芒。

團隊成員、同樣來自羅格斯大學的傑克 休斯（Jack Hughes）指出：“這樣的巨型星系團正是我們計劃要尋找的。我們正想看看，藉助當前最好的宇宙模型，能否解釋那些極端天體是怎樣形成的。”

由羅格斯大學和智利天文學家領銜的團隊，通過測量宇宙微波背景輻射的不均衡程度發現了ACT-CL J0102-4915星系團。宇宙背景輻射是137億年前宇宙大爆炸後，稠密而熾熱的宇宙空間輻射的闇弱餘輝。當這些輻射餘輝與星系團中熾熱等離子體的電子相遇時，電磁相互作用就會在背景輻射中留下印跡(注2)。星系團越大越稠密，印跡越明顯。ACT-CL J0102-4915星系團就是在阿塔卡瑪宇宙望遠鏡的背景輻射巡天中發掘出來的。

團隊使用ESO的VLT測量了巨大星系團中相撞星系的速率，和它們離地球的距離；還用錢德拉X線望遠鏡研究了星系團的熱氣體。

雖然像ACT-CL J0102-4915星系團這樣巨大而遙遠的星系團很罕見，但研究報告的作者們認為，新成果還是與我們當前對宇宙的主流認識相符：大爆炸後的宇宙主要由暗物質、暗能量主宰。

ACT-CL J0102-4915星系團的形成很可能與子彈星系團類似，後者是一個離地球約40億光年、壯觀的相互作用星系團。在兩個星系團中，都有證據表明，主要由熾熱的發射明亮X線的氣體組成的普通物質，遠遠落在暗物質後面。原因是普通物質在相撞時（因電磁相互作用而）減速，而暗物質不會。 ^[3]