早期宇宙对星系来说是一个充满压力的环境。数十到数百个相邻星系的团块，称为星系团，会共享一个公共的热气体池——但并非没有戏剧性。总有另一个迷失方向的星系撞入星系团，与其中的一个原有成员合并，并普遍扰乱这个被称为星系团内介质的气体池。
这就是新发现的星系团SPT2215如此特别的原因。它位于距离地球约84亿光年的地方，天文学家最近捕捉到了SPT2215在其存在于宇宙仅50亿年前时的景象。经过进一步研究，他们认为它是从宇宙那个时期发现的少数“平静”星系团之一。这可能会促使科学家修正他们关于宇宙黎明时期星系形成速度的模型。
“如果星系团正在形成过程中，我们称之为‘受扰动’——它就是一团糟，”麻省理工学院天体物理学博士候选人、一篇发表在《天体物理学杂志》上4月19日的论文的首席作者Michael Calzadilla说。这篇论文借助多个望远镜和飞行天文台，对新发现的SPT2215星系团进行了描述。Michael Calzadilla是麻省理工学院的天体物理学博士候选人。
“如果气体非常圆、非常对称，看起来有点像一个球体，这表明近期没有发生任何相互作用，”他说。“它非常‘平静’。”换句话说，没有星系合并扰乱一切，SPT2215似乎就是这种情况。
寻找和研究早期宇宙中的平静星系团，可以为天文学家提供线索，了解八十亿年前与今天相比，星系和恒星的形成有何不同。然而，SPT2215的发现过程与其他任何星系团都不同。它始于一个有趣的微波频率阴影，终于一个奇怪的恒温器读数。
一个由数十名科学家组成的国际团队，在SPTpol扩展星系团巡天中寻找遥远星系团的迹象。该巡天利用Sunyaev–Zel’dovich效应——宇宙微波背景与星系产生的热公共气体相互作用——来寻找相关的恒星群。
宇宙微波背景是宇宙中的第一缕光，也就是大爆炸的余辉。Calzadilla指出，当低能量的微波光子在前往地球的途中遇到星系团时，它们会被星系团内的气体或等离子体散射到更高的能量。“那些被加速的光子留下的空白，在宇宙微波背景上显示为阴影，大致指示了星系团的位置。从那里，天文学家必须进行后续观测，以确定距离以及星系团是受扰动还是平静。对于SPT2215，Calzadilla和他的同事使用了一系列仪器，包括哈勃空间望远镜、斯皮策红外空间望远镜、钱德拉X射线天文台，以及像智利巨型麦哲伦望远镜这样的地面望远镜。
“如果你从不同的波长观察，你会更全面地了解正在发生的事情，”Calzadilla说。“钱德拉在观察X射线波长；斯皮策在观察红外波长；哈勃在观察处于中间的可见光波长。”
星系团的星系团内气体通常会随着时间冷却，首先发出X射线，然后冷却发出紫外线，最后发出直到红外区域的电磁波长。他解释说：“我们可以利用这些不同的望远镜，在不同的波长捕捉这个过程的每个部分。”
通常情况下，星系团中共享的气体会缓慢向内坍缩，形成并滋养一个往往比其他星系更占主导地位的中心星系。Calzadilla说，这些气体支持中心星系的恒星诞生，同时也助长了该星系中心超大质量黑洞的形成。当超大质量黑洞进食时，会产生高能喷发，这会阻碍气体的冷却和膨胀。
“在某种意义上，它起到了星系团的恒温器的作用，调节着星系团的温度，”Calzadilla指出，从而减缓了气体的冷却速度。
但他补充说，SPT2215有趣之处在于，“看起来那个恒温器难以跟上正在发生的冷却量。”这使得它的温度比预期的要低（起始温度约为179,540华氏度），气体预计比在宇宙相似时期发现的大多数其他星系团冷却得更快。中心星系还显示出比黑洞阻止气体过快冷却的星系更多的、新生的年轻恒星。
Calzadilla认为SPT2215如此寒冷可能有很多原因，包括“也许黑洞刚刚被启动。这些冷却的气体需要一段时间才能到达中心星系并进入那个黑洞。”
虽然需要进一步观测，也许是借助詹姆斯·韦伯空间望远镜或哈勃望远镜更长时间的后续观测才能确定，但Calzadilla说，“[SPT2215]可能告诉我们，在早期宇宙中，星系形成的年龄比我们想象的要小。“这挑战了我们对事件发生时间顺序的认知。”
