一支国际科学家团队通过将NASA钱德拉X射线天文台的观测数据与射电观测和计算机模拟相结合，发现了英仙座星系团附近炽热气体团形成的巨型宇宙波浪。 这道波浪横跨约20万光年的距离，相当于银河系大小的两倍。
研究者称，这道气浪形成于数十亿年前，一个小星系团飞掠英仙座星系团后，飞掠导致小星系团的大量气体在巨大的空间中波动翻滚。
在马里兰州格林贝尔特，NASA戈达德太空飞行中心的首席科学家Stephen Walker说：“英仙座星系团是离我们较近的质量最大的星系团之一，是最明亮的X射线源之一，因此钱德拉X射线天文台的观测数据为我们提供了无与伦比的细节。这次所观测到的气体波浪的形成与一个小星系团的飞掠密切相关，并且导致这些巨型结构的这一（星系团）并合活动仍在继续进行。
以上是由NASA钱拉德天文台拍摄并通过计算机模拟而成的影像，呈现了一个横跨20万光年的巨型波浪正穿过英仙座星系团。计算机模拟显示该引力扰动可能起因于某个质量约为英仙座星系团十分之一的较小星系团飞掠过程中的碰撞。飞掠导致英仙座星系团中心的较冷气体形成，以螺旋形式扩张的巨大结构，最终形成了在其周围持续数亿年的巨型气浪。对于英仙座这样的星系团，像这样的并合事件，几乎每三四十亿年就会发生一次。
视频来源：NASA戈达德太空飞行中心
2017年6月发行的《皇家天文学会月刊》上刊登了关于这次观测结果的一篇论文，该论文已经可以在网上下载。
星系团是现今宇宙中受引力束缚形成的最大结构，英仙座星系团直径约1100万光年，距离我们约2.4亿光年，因位于英仙座而得名。和其他的星系团类似，英仙座星系团中可被观测到的物质主要是气体，这些气体的温度高达千万度，温度之高使它只在X射线波段发亮。
钱拉德天文台的观测结果展示了该气体的多种形态，比如由英仙座星系团中央星系NGC1275的超大质量黑洞(SMBH)引起的气泡状结构，还有一种被称为“湾”的神秘的凹陷结构。
钱德拉X射线天文台通过持续16天的观测，制作出了该炽热气体的影像。科学家通过对数据的过滤处理 强化了了边缘部分的结构对比，可以更好地凸显出细节。上图中的椭圆标记处就是那道比银河系还要庞大的气体波浪，凹形湾。
图片来源：NASA钱德拉X射线天文台/ Stephen Walker等
在新墨西哥州，使用Karl G. Jansky甚大天线阵（VLA）的射电观测结果显示，与科学家们预示的与黑洞活动相关的特征刚好相反，该气浪中的凹形湾并不产生辐射，所以该凹形湾结构不可能是超大质量黑洞（SMBH）引起的。除此之外，晃动的气体的标准宇宙模型 一般都会产生相反方向的结构。
Walker和他的同事们希望借助钱德拉天文台进一步研究气浪中的凹陷结构，他们结合了总共10.4天的高分辨率数据和能量在700至7000电子伏特之间为期5.8天的宽视场观测数据，相比之下，可见光的能量只有2到3电子伏特。科学家们对钱德拉天文台的观测数据进一步过滤处理，以探究边缘结构的细节。
接着，他们比较了边缘强化处理后的英仙座星系团影像和并合的星系团的计算机模拟结果。星系团并合的计算机模拟工作由哈佛史密森中心的天体物理学家John ZuHone完成。在硅谷Ames研究中心，计算机模拟由NASA的超级计算机“昴宿星（Pleiades）”运行。虽然John ZuHone并未直接参与本文的这项观测研究，但他将自己的 计算机模拟结果上传到了网上的在线目录中，为研究星系团的天文学家们提供帮助。
ZuHone 表示：“星系团的并合展示了宇宙结构形成的最新阶段基于流体动力学的计算机模拟可以让我们了解不同物理参数（如磁场强度）下，炽热气体相互作用的许多特征。我们可以将这些模拟情况与X射线观测到的影像结构进行比对。”
似乎可以解释该凹形湾形成的原因。一个类似英仙座的大型星系团当中，包含一个约3千万摄氏度的低温中心区域和一个温度为其三倍多的高温外围区域。一个较小的质量约为银河系1000倍的星系团环绕英仙座星系团，距离其中心约65万光年。
这幅动图展示了英仙座星系团中的炽热气浪的两种不同视图。第一个是钱德拉X射线天文台观测的英仙座星系团中心的炽热气体的最佳视图，图中红、绿、蓝分别表示从低到高不同能量的X射线。较大的那幅图像则包含了宽视场观测的额外数据信息，它经过了强化边缘对比的特别处理，能够更好地展现气体的细节结构。我们所讨论的气浪凹形湾位于影像中央左下方的七点钟方向。
图片来源：NASA/CXC/SAO/E.Bulbul/戈达德太空飞行中心/Stephen Walker等
较小星系团飞掠产生的引力扰动“搅拌”了星系团中的气体，就像把奶油搅到咖啡里使较冷气体形成了扩张的螺旋结构。大约25亿年后，当这些气体升至距离英仙座星系团中心约50万光年的距离时，巨大的气浪便形成了，它们从英仙座星系团的外围翻滚而出。并且在这些气浪最终消散之前，该过程会一直持续数亿年。
这些炽热的气浪就是超大版的开尔文-赫姆霍兹波(Kelvin–Helmholtz)。开尔文-赫姆霍兹波是一种很常见的现象，当两种流体交界面存在速度差异时，比如风吹过水面的时候就会形成这种波浪。在海洋里、地球和其他行星上云层的形成过程中、地球附近的等离子体中、甚至在太阳里，都会形成开尔文-赫姆霍兹波浪。
Walker说：“我们认为，这次在英仙座星系团中所观测到的凹形湾就是某个开尔文-赫姆霍兹波的一部分，或许这是迄今为止证认的最大的开尔文-赫姆霍兹波，它的形成过程与我们计算机模拟的如出一辙。在半人马座和Abell 1795两个星系中，我们也曾观测到类似的结构。”
研究者们还发现，这种波浪的大小与星系团的磁场强度有关。如果磁场强度太弱，波浪的波及范围会比观测到的更大。如果磁场强度过强，这些波浪或许根本不会形成。这项对宇宙中巨型气浪的研究让天文学家们能够探查到这些星系团整个空间内的平均磁场强度，而利用其它方法测量星系团的磁场强度几乎是不可能的。
这次NASA科学任务局的钱德拉观测项目由位于阿拉巴马州的马歇尔太空飞行中心负责管理，钱德拉X射线天文台的科学任务及飞行操作则由马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理天文台负责。（翻译：范修齐 校对：傅煜铭）
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