2018年4月25日
由日本大阪大學藤田裕副教授主導，臺灣中研院天文所梅津敬一研究員參與其中的一項宇宙研究計畫，最近發現，宇宙中最大天體──「星系團」的演化其實有一個簡單法則。該團隊其他成員有義大利、美國及大阪大學以外的其他日籍學者。研究成果於4/25發表在天文科學專門雜誌 The Astrophysical Journal 上。
如圖一所示的星系團（註1），是宇宙中最大的天體。然而精準測量它們的大小和質量卻極難，因它們主要是暗物質所構成，而暗物質無法直接觀測。但有一種方法可以間接觀測暗物質：根據愛因斯坦的相對論，以重力透鏡效應去觀測。當後方星系的光線穿過前方的星系團時，光線行進路徑會受星系團重力的彎曲，如圖二所示。這種變形效果正和日常可見的透鏡（譬如眼鏡、相機鏡頭等）會造成的效果一樣，所以，從地球看到的後方星系，形狀便略呈彎曲。如果能精確測量很多星系形狀上的彎曲，就有辦法得知在其中具「透鏡」作用的星系團之重力場，藉此又可精確測量星系團的大小和質量。
梅津敬一博士在解釋這項研究需解決的棘手問題時表示：「難題是必須非常精準測量變形程度。」為此，研究小組使用了美國NASA的哈伯太空望遠鏡和日本國立天文臺的Subaru望遠鏡取得的精確觀測資料。再與錢卓X射線衛星望遠鏡取得的氣體溫度資料結合後，研究小組將這些最新資料做了統計檢驗，然後發現到，這些資料都符合於一個「僅由星系團大小、質量和氣體溫度代表的簡單法則」。此外，經過充分的電腦模擬，計算結果顯示，星系團可以根據這項法則生長40億~80億年。按理論顯示，這意味著巨大星系團仍處於青春期，藉重力吸引大量周圍物質而成長（如圖三）。
藤田裕副教授表示，「我們已發現主宰星系團生長的定律。」星系團在早期的快速生長期間具有獨特的內部構造，這項簡單的定律可以用來校準星系團質量和其他觀測性質的關係，這是研究宇宙學領域的重要關鍵，因此，「這項研究成果能讓大家更合理的解釋星系團和宇宙的演化史。」
[註1] 星系團通常含數百至數千個星系，大小約1000萬光年，質量約為太陽質量1015倍。超過80％的成分是暗物質。銀河系所在的星系團是「室女座星系團」。
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- 圖一，(左) 圖1a：Subaru望遠鏡攝得MACS J 1206星系團。(右)圖1b：哈伯太空望遠鏡觀測圖1a 星系團中心區並放大顯示
(B) 圖二，「重力透鏡效應」示意圖。受星系團重力影響，後方星系的光線會彎曲。
(C) 圖三，（左）處於成長期的星系團吸引很多星系和暗物質。星系快速被吸入，氣體溫度容易升高。本研究發現的新法則認為，大型星系團還在這個階段。（右）成熟期的星系團，狀態穩定，吸引較少的星系和暗物質。