数十亿年前，在一个遥远的星系团中心(确切地说是150亿光年)，一个黑洞喷射出等离子体。当等离子冲出黑洞时，它推开了物质，创造了两个彼此180度的大洞。以同样的方式你可以计算的能量大小的小行星撞击坑,迈克尔•Calzadilla麻省理工学院研究生Kavli天体物理学和空间研究所(MKI),使用这些蛀牙的大小计算出黑洞的力量冲突的导火索。
在最近发表在《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上的一篇论文中，卡尔扎迪拉和他的合著者描述了星系团的爆发，简称为SPT-CLJ0528-5300。结合位移气体的体积和压力以及两个空腔的年龄，他们能够计算出突出的总能量。超过1054焦耳的能量，相当于1038颗核弹的力量，这是在遥远的星系团中报道的最强大的爆发。论文的合著者包括MKI研究科学家马修·贝利斯和物理学助理教授迈克尔·麦克唐纳。
宇宙中星系团星系团由数百甚至数千个充满热气体和暗物质的星系组成。每一个星团的中心都有一个黑洞，黑洞会经历一段时间的吞噬期，在这段时间里，它会吞噬掉星团中的等离子体，接着是一段时间的爆发期，在这段时间里，它会在达到其饱和时喷射出等离子体。“这是爆发阶段的一个极端例子，”Calzadilla说。尽管这次爆发发生在数十亿年前，甚至在我们的太阳系形成之前，但从星系团发出的光经过大约67亿年才到达绕地球运行的NASA x射线发射天文台——钱德拉。
因为星系团充满了气体，早期的理论预测随着气体的冷却，星系团将会有很高的恒星形成率，这需要冷气体来形成。然而，这些星团并不像预测的那么酷，因此，它们并没有以预期的速度产生新的恒星。有什么东西阻止了气体完全冷却。罪魁祸首是超大质量黑洞，其等离子体的爆发使得星系团中的气体温度过高，无法快速形成恒星。
在SPT-0528中记录的爆发还有一个特点，使它有别于其他的黑洞爆发。这是不必要的。天文学家认为，从黑洞释放出的气体冷却和热气体的过程是一种平衡，这种平衡使徘徊在华氏1800万度左右的星系群的温度保持稳定。“它就像一个恒温器，”麦克唐纳说。然而，SPT-0528的突出并不处于平衡状态。
根据卡尔扎迪拉的说法，如果你看看当气体冷却到黑洞时释放了多少能量，以及在这次爆发中包含了多少能量，那么这次爆发就太过了。在麦当劳的类比中，SPT-0528的爆发是一个有缺陷的恒温器。麦克唐纳解释说:“这就好像你把空气冷却了2度，而恒温器的反应是把房间加热了100度。”
在2019年早些时候，麦克唐纳和他的同事发表了一篇关于另一个星系群的论文，该星系群表现出与SPT-0528完全相反的行为。这个星团中的黑洞被称为“凤凰”，它并没有产生不必要的剧烈喷发，而是无法阻止气体冷却。与其他已知的星系团不同，凤凰城有许多年轻的恒星托儿所，这使它与大多数星系团不同。
“有了这两个星系团，我们真正看到的是两个极端的可能性边界，”麦克唐纳说。他和卡尔扎迪拉还将描述更正常的星系团，以便了解星系团在宇宙时间上的演化。为了探索这个问题，Calzadilla对100个星系团进行了表征。
描述这么大的星系团的原因是，每一幅望远镜图像都是在特定的时间捕捉星系团，而它们的行为是在宇宙时间内发生的。这些星系团覆盖了一定的距离和年龄，使得Calzadilla能够研究星系团的性质是如何随宇宙时间变化的。“这些时间尺度比人类时间尺度或我们所能观察到的要大得多，”卡尔扎迪拉解释道。
这项研究类似于古生物学家试图从稀疏的化石记录中重建动物的进化过程。但是，Calzadilla正在研究的不是骨头，而是星系团，范围从一端剧烈等离子爆发的SPT-0528到另一端迅速冷却的凤凰。“你看到的是不同时间的快照，”卡尔扎迪拉说。“如果你为每一张快照建立足够大的样本，你就能了解一个星系团是如何演化的。”
