在這張ALMA圖像裡,有看到一個大「洞」嗎?樣子看起來好像在一塊藍色布幕上,挖掉一個圓形的洞,露出在洞後面,有個大星系團,是嗎?不過,外表可是會騙人的!事實上,形成藍色布幕的東西反而是在星系團背後,那是所謂的宇宙背景輻射,也就是大霹靂能量的微弱殘餘;發出這背景輻射的源頭,距離我們有138億光年遠;倒是星系團離我們還近多了,距離不到50億光年。這到底是怎麼回事呢?

50年前,兩位俄羅斯天文學家,第一次提出他們所預測的,是什麼樣的效應會造成上一段所講的這種「洞」,那兩位俄國天文學家名字叫做「拉希德·桑尼也夫」和「雅科夫·則多維區」, 所以這種天文學現象又稱為「桑尼也夫-則多維區效應」。因為俄國人名很不容易發音,英文裡大家會把它簡稱為SZ效應,下面我們簡單介紹這種效應。

宇宙背景輻射是透過毫米波及次毫米波長來觀測的,剛好,這也是ALMA能看到的波長。背景輻射的光子(=光的個別粒子)發出的能量很低。要觀測這種低能量輻射,ALMA使用了對低能量也超靈敏的接收機。

有趣的事情就發生在輻射穿過星系團時……
在星系團中的星系彼此間有很多很熱的氣體,宇宙背景輻射的光子會和那邊的熱氣體的帶電粒子相互作用,結果,這讓宇宙背景輻射的光子得到能量的提振,好像碰到武功大師直接幫你灌入功力。所以,宇宙背景輻射的光子在離開星團時(仍繼續朝地球方向前進),能量比進入星系團時的能量高出很多。

因為ALMA只觀測低能量的部分,被大師加強過功力之後的光子能量變得比較高,ALMA反而看不到,因此,在這張ALMA觀測到的圖像裡,就顯出空空的一個洞。天文學家把這張由ALMA資料轉換得到的圖像(=藍色布幕),和哈伯太空望遠鏡所拍攝的星系團影像加疊在一起看,結果,是怎麼樣呢?星系團擺進那個「洞」,剛剛好!
天文學家對這些新觀測結果覺得很開心。這是ALMA第一次觀測到SZ效應,對這種效應再繼續深入研究,就可以了解關於這個星系團裡的熱氣體分布和特性,雖然ALMA沒辦法直接觀測到這些氣體,也沒關係。


 

發現了什麼?

圖像中的星系團名稱是RX J1347.5-1145,是幾百個星系組成的。星系團位於處女座,距離48億光年。星系團的SZ效應已經由其他望遠鏡測量過,但ALMA觀測的靈敏度更高,並顯出更多細節。

誰發現的?

用ALMA測量這個星系團裡的SZ效應,這個研究計畫是由很多日本天文學家組成的一個大團隊完成的,計畫主持人是北山 哲教授。為了取得比較廣角的視野,北山教授和他的同事們並沒有使用全部66個ALMA天線陣列,而是用了比較小的「森田陣列」,這個陣列是ALMA陣列的一部分,又稱為「阿塔卡瑪密集陣列」,是由12個天線組成,這個陣列裡每座天線的直徑都是7公尺(ALMA陣列共有66座天線,其他54座天線的直徑都是12公尺)。2016年10月的《日本天文學會會刊》發表了這個研究成果。