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波士顿——一场宇宙列车残骸正在堆积，天文学家有了一个新的、改进的观测视角。
四个巨大的星系团正在以每秒数千公里的速度相互冲撞，碰撞地点距离地球约 50 亿光年。这种聚积正在形成一个由数千个星系组成的巨大集合。“这真的是我们所知的最巨大的星系团之一，也是我们所知的最复杂的合并事件之一，”哈佛-史密森天体物理中心 (CfA) 的雷诺·范·韦伦说，他周二在美国天文学会第 224 次会议上介绍了最新的观测结果。
哈勃太空望远镜此前曾以光学光拍摄到这个名为 MACS J0717+3745 的星系团堆积图像。现在，绕地球运行的钱德拉 X 射线天文台和新墨西哥州的甚大天线阵列分别以 X 射线和射电光观测了这个星系团。新的观测结果揭示了以前不可见的特征，例如在星系团合并中心一个明亮且形状奇特的射电光带，科学家怀疑这是高能带电粒子发射的辐射。该特征与 X 射线数据中揭示的极热气体区域（超过 1 亿开尔文）重叠的事实表明，这里强大的热冲击正在充当宇宙粒子加速器，将粒子加速到巨大的能量。
这种自然产生的粒子加速器以前也曾被观测到，最常见于超新星的残骸中。但 MACS J0717+3745 可能会被证明是最强大的已知粒子加速器之一。观测表明，那里的粒子正在达到地球原子粉碎机（例如瑞士的大型强子对撞机）中能量的百万倍。
在某些方面，这种星系团的碰撞没有听起来那么剧烈。“这是一个非常缓慢的过程，”范·韦伦说。“大多数星系只是彼此飞掠而过。但气体相互碰撞并受到冲击加热。”当气体云相互碰撞时，它们会升温，从而形成冲击前沿，磁场会在那里被压缩。这些磁场导致粒子在前沿来回穿梭，并在每次穿越过程中从气体的热量中获取能量。最终，粒子变得非常有能量，以至于它们会逃逸并飞向太空。科学家们希望进一步研究它们，以了解像这样的星系团是否是许多从太空冲入地球大气层的宇宙射线（高速粒子）的幕后推手。
对 MACS J0717+3745 的新观测还揭示了非常遥远的星系，它们的光线被四个碰撞星系团中聚集的巨大引力弯曲和放大。这种被称为引力透镜的现象是爱因斯坦广义相对论的必然结果，该理论表明质量会弯曲周围的时空，导致光线沿弯曲路径传播。“这个星系团非常复杂，放大倍数非常有趣，”同样来自 CfA 的威廉·福尔曼说。
MACS J0717+3745 中聚集的巨大质量使其成为已知的最佳引力透镜之一。今年晚些时候，天文学家计划再次使用哈勃望远镜观测该天体，作为空间望远镜科学研究所前沿场计划的一部分，该计划进行非常长时间的曝光，以制作有史以来最深邃的宇宙图像。MACS J0717+3745 提供的透镜效应为哈勃望远镜提供了额外的助力，使其能够比原本更深入地观测宇宙。“它可能是我们天空中最好的宇宙望远镜，”该研究所的天文学家丹·科伊说，他致力于前沿场计划。“与迄今为止研究过的任何其他星系团相比，它放大了更多遥远的宇宙。”