星系团

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第473页（3110字）

是一种由十几个、几十个以至成百上千个星系集聚而成的星系集团，作为尺度是比星系更大一级的天体层次，在天文学研究中有着其特有的重要地位。

有关星系团的研究不仅能揭示星系团本身以及组成星系团的成员星系的各种物理性质，而且对星系的形成和演化以及宇宙学研究也有着重要的意义。主要内容包括团的发现和成员确定，团的光度函数和短缺质量问题、次团结构、星系团动力学、团内星系的演化，以及团的X射线性质等。

通常，星系团是根据团所在天区内星系投影数密度较之背景星系数密度的增高来发现的。同时，还需考虑它们的角范围、星等范围和红移(距离)范围。目前，应用得最为广泛的星系团表是艾贝耳(Abell)表和茨维基(Zwicky)表，其中艾贝耳表中列有2712个含星系数相当多的富星系团，并已扩充到南部天空。星系团的发现仅仅是把有团存在的天区挑选出来，然而在这些天区内的所有星系并非全是星系团的成员，可能因投影效应而混淆了一些前场或背景星系。

正确地判定星系团成员是有关星系团的全部研究工作的基础。用于星系团成员确定的观测判据有团所在天区星系的视位置，星系的视星等，星系团的颜色－星等图，以及星系的视向速度。位置和星等判据对剔除场星系不很有效，颜色－星等图的应用有其局限性，最重要的判据是星系的视向速度。随着星系视向速度观测资料的不断增多，这一判据已逐渐得到广泛的应用，并开始提出以合理数学模型为基础的统计方法，定量地确定团天区各别星系的成员概率。

鉴于这一问题的困难和重要性，确定星系团成员的方法仍在不断探索和改进之中。

团内星系光度函数的研究，对于认识团和团星系的形成和演化有着重要的意义，而且可以从中寻求宇宙大尺度距离上的标距参数，后者对于宇宙学研究是至关重要的。

早期主要集中于光度函数的普适性问题，其中以歇克特(Schecter)提出的光度函数形式为大部分研究者所采用。大量的工作发现，不同形态星系团中最亮星系的光度差别很小，因而它们可以用作确定星系团距离的标距参数。但是，对于造成这一结果的机制至今尚无明确的一致性意见。近期的工作着重于研究光度函数随星系团不同性质的变化，即与一阶普适光度函数的二阶差异。已发现一些团的动力学演化过程会影响光度函数的形式。至于光度函数随团的富度、类型、速度弥散度以及团内、外区域的变化，则尚未得出明确的结论，因而成为星系团研究中的一个重要热点。

短缺质量是有关星系团质量研究的最重要问题之一。由位力定理、团与团之际的引潮力等所确定的星系团的所谓力学质量，通常为10¹⁵太阳质量的量级。另一方面，由团内各别星系质量之和所得到的所谓光度质量要比力学质量小得多，即使加上由X射线观测所表明的团中热气体的质量，也只及力学质量的20%左右，这就是短缺质量问题。目前认为未能由观测探测到的这部分短缺质量可能是大量恒星级的暗天体，包括中子星、黑洞等，以及稳定的弱相互作用基本粒子，如有质量中微子、磁单极子等，但不可能是低光度的星系。通常认为短缺质量很可能以连续分布的形式分布在团的整个空间范围内，并与团内星系的分布相一致。这一问题远未得到解决，它一直是天体物理学研究中最为重要的问题之一。

分层效应可以有效地反映团内两体弛豫过程情况及团内星系演化过程情况，因而近年来成为星系团动力学研究中颇受注意的一个问题。所谓分层效应是指不同形态、光度、质量的星系在空间分布和速度分布上的差异。形态分层的工作做得很多，无论规则团或不规则团，都已发现不同程度的空间和速度分层。早型星系较之晚型星系，空间分布上更向团中心集聚，且有较小的速度弥散度。由此说明晚型星系仍处于内落阶段，或是在近期才落入团内。最近发现，团的形态空间分层与团的集聚度有关。

关于质量分层的工作，早期仅限于讨论光度分层，并以团的光度分层表征质量分层。近期已发展到直接探测团内星系的质量分层，并发现直接讨论质量分层比仅限于讨论光度分层更能得出明显的结果。规则团的质量分层要比不规则团来得显着些，从而说明前者有着较长的动力学演化时间。

次团结构是有关星系团动力学研究的又一个重要课题，所用的观测资料是团内星系的投影面分布及视向速度。

就目前来看，大约有三分之一的星系团存在次团结构，甚至在非常富而又弛豫的团中也发现次团结构。但是，次团结构大多位于离团中心较远的区域。

对于这一问题研究上的困难主要在于对次团结构很难作出明确的定义，因而即使对同一个星系团不同研究者也会得出很不相同的结论。也正因为如此，近年来有关次团结构的研究相当活跃。

星系团按其形态大致可分为规则团和不规则团两大类。在规则团内部，椭圆星系和透镜星系要比旋涡星系多得多，而在不规则团中情况则刚好相反。

为了说明这一现象已提出了许多种理论解释机制，其中最有影响的是环境影响理论。这种理论认为，许多旋涡星系在星系团的环境中因某种原因使内部气体被剥离而演变为透镜星系。

此外，星系形成的各种初始条件也可能对星系形态有较大的影响，不过这又直接与星系形成的理论有关。应该指出的是，各种理论对观测现象的解释都还存在一些困难。

银河系以外的X射线辐射源中，有许多是星系团。星系团X射线辐射的研究不仅对团本身，而且对X射线天文学的发展都有着重要的意义。随着X射线天文卫星的陆续发射，这方面的工作已取得很大的进展。星系团X射线观测的内容有团的X射线谱，包括连续谱和谱线，以及团内X射线的空间分布。

研究工作涉及团的X射线性质和光学性质的关系，X射线的辐射理论等。目前已确认团X射线辐射机制为团中气体的热韧致辐射，它可以很好地说明所观测到的团的X射线性质。

在有关团的X射线研究中，冷流现象占有非常重要的地位。

所谓冷流是指团内冷气体因不能与周围热气体保持流体静力学平衡和热力学平衡、受热气体的压力而向团中心流动的现象。

有关冷流的最基本问题是它的起源、动力学状态和归宿。鉴于星系团内冷流的存在只有间接的观测证据，如团中心软X射线表面亮度有峰值等，但迄今还没有直接观测到冷气体向团中心流动，许多问题尚很不清楚。

人们期待着新发射的ROSAT的观测资料会大大改善这种状态。

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【参考文献】：

1 Schecter P L.ApJ,1976,203:297

2 Sarayin C L. X -ray Emmission from Clusters of Galaxies. Cambridge ,U. K :Cambridge University Press, 1988

3 Abell G.et al.ApJ Suppl.1989,70:1

4 Salvador -Sole E.et al. ApJ,1989,337:636

5 赵君亮，等．天体物理学报，1990，10∶315

6 West M J，et al．ApJ，1990，350∶36

(上海天文台赵君亮研究员撰)