研究背景

贫星系群，如我们的本星系群（图1），通常只包含少数几个明亮的星系，这种系统在宇宙中广泛存在。研究表明，近邻宇宙中大量“失踪重子”可能以弥散热气体的形式存在于这类星系群的星系间介质（IGrM）中。根据预测，这些热气体的温度约为百万度开尔文，主要辐射在软X射线波段。然而，由于贫星系群的质量和温度相对较低，其热气体的X射线辐射率也非常低，探测这一成分一直是一个难题。早期基于ROSAT的研究受限于小样本和有限的空间分辨率，结果的普适性受限。缺乏足够灵敏度的望远镜也使得进一步的研究难以展开。近年来，eROSITA望远镜开始运行，通过其在软X射线波段的高灵敏度和优越的巡天策略，为贫星系群热气体的探测提供了新的机会。

研究结果

近日，我系方陶陶、葛翀教授团队与合作者利用eROSITA的早期巡天数据（eFEDS），成功地在一个选自DESI LS数据的贫星系群样本中高置信度地探测到大量弥散热气体。研究团队将样本按红移和质量范围分为16组进行叠加处理，得到的叠加图像如图2所示。通过拟合这些图像的表面亮度轮廓，估算了辐射的光度和气体质量。将气体质量与恒星质量相加后发现，尽管大多数子样本中都探测到了显著的弥散热气体，但其总量仍不足以使贫星系群的重子质量达到宇宙学标准预测值（见图3）。这表明，贫星系群中的“失踪重子”问题仍然存在。

研究论文

该研究工作以“Robust detection of hot intragroup medium in optically selected, poor galaxy groups by eROSITA”为题，被天体物理学杂志快报(The Astrophysical Journal Letters)接收发表。论文第一作者为厦门大学天文学系硕士研究生李大为，通讯作者为方陶陶教授和葛翀教授，其他合作者包括厦门大学天文学系张小霞助理教授、中国科学技术大学刘腾教授、南京大学李志远教授和何琳同学、意大利国家天文研究所Fabrizio Nicastro教授、上海交通大学杨小虎教授和郑云亮博士。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国空间站项目基金以及意大利INAF-PRIN基金的支持。

论文预印本链接：https://arxiv.org/abs/2412.01261

图 1 ：本星系群的示意图。就像本星系群所展现的一样，贫星系群往往只包含少数几个明亮的大星系。图片来源：维基百科

图2：在0.2-2.3 keV能量范围内，扣除了背景的X射线表面亮度叠加图像。环状区域表示用于计算背景的区域。在大多数子样本中都可以看到辐射，但在大质量端，辐射更为延展且更明亮。每个面板中的比例尺对应于 200 kpc。

图3：本研究中的光度和重子质量结果（红色）与过去的研究结果的比较。包括了来自其他研究的贫星系群（绿色）和大质量的星系群和星系团（蓝色）。左图中，实线表示来自于Lovisari et al. (2015)基于星系群样本得到的光度-质量关系，虚线则表示来自于Schellenberger et al. (2017)基于星系团样本得到的光度-质量关系。右图中，实线展示了基于标准宇宙学的重子质量预测值。