天文学家第一次测量到了“星系团”的运动

    天文学家第一次探测到了星系团（galaxy-clusters）的大尺度移动。这样的天文观测能够使我们更好的理解宇宙的形成和演化。

    运动引起的“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”是由于星系团中的电子做整体运动，其中的高能电子和宇宙背景辐射相互作用的结果。
    据英国《物理世界》最新报道，一个由天文学家和物理学家组成的国际小组第一次探测到了星系团（galaxy clusters）的大尺度移动。他们使用的是一项几乎40多年前的理论，这也是第一次直接测量宇宙学距离上物体的运动。这样的天文观测能够使我们更好的理解宇宙的形成和演化，亦能帮助天文学家研究暗物质和暗能量的性质。

　　早在1972年，前苏联理论物理学家苏尼亚耶夫（Rashid Sunyaev）和泽尔多维奇（Yakov Zel'dovich）认为，星系团的整体移动在理论上应该会导致宇宙背景微波辐射（CMB）温度的轻微变化。宇宙背景微波辐射是宇宙大爆炸的剩余热辐射。“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”是高能电子通过“逆康普顿散射”对宇宙背景微波辐射产生的扰动。该效应可被分成热效应、运动效应和极化效应，其中由运动引起的效应被用来测量这种大尺度的运动。

　　运动引起的“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”是由于星系团中的电子做整体运动，其中的高能电子和宇宙背景辐射相互作用的结果。来自朝向我们运动的星系团方向的背景微波辐射看起来比正常情况要高百万分之几度，而来自背离我们运动的星系团方向的背景微波辐射看起来要冷一些。虽然该理论是在40年前提出的，但这是第一次观测到由运动引起的“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”。

　　为了克服测量这种非常小的温度变化，来自美国加州理工大学伯克利分校的物理学家尼克•汉德（Nick Hand）和来自智利“阿塔卡马宇宙学望远镜”（ATC）以及新墨西哥州“重子振荡光谱学巡天”（BOSS）工程项目的另外58名科学家一起，对来自多个星系团的温度测量结果进行了综合分析。科学家把来自“重子振荡光谱学巡天”工程中的27291个明亮星系的数据与“阿塔卡马宇宙学望远镜”在2008年—2009年测量的数据叠加在一起。因为每一个星系都居于一个星系团中，所以星系的位置就用来确定扰动背景微波辐射的星系团的位置。

　　该小组利用的这些星系团的距离有几十亿光年远，以600公里每秒的速度运动。在这个距离上的物体的运动测量起来非常困难，因为这需要精确的距离测量。汉德说：“运动苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”的优势在于该效应的量级与星系团离开我们的距离无关，因此我们可以用来测量离我们非常遥远的物体的运动。该方法也可以作为一种独立于目前使用的方法来对宇宙大尺度结构进行测量。”

　　科学家从“重子振荡光谱学巡天”中获得的27291个星系数据中抽取了7500个最明亮的星系发现了“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”。由于两个星系团之间的引力吸引作用，它们之间相互靠近，此时“运动苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”变得非常显著——宇宙背景微波辐射数据上较热的部分意味着该星系向着我们移动，与“多普勒效应”类似。由于温度变化的数据是平均了几千个星系的测量结果，所以“运动苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”的信号非常清晰。

　　通常“运动苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”信号非常微弱，这是因为微波辐射穿过星系团的时候与其中的电子相撞的几率非常低，从与电子的碰撞中获得的能量变化也非常低。通过对数据集中几千个星系的数据进行叠加处理，减小了其中的误差，从而得出了非常强的信号。