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本文为译文，原文作者：
Manuel Gnida
译文首发于唧唧堂，译者：唧唧堂研究人 王善钦
译者序：
今天翻译的文章介绍的成果虽然不算人类有史以来最重要的成果，但却绝对算得上人类有史以来最昂贵的成果。事情是这样的：在经过十几年的努力之后，日本航空航天研究开发所（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）研制的一颗被命名为“瞳（Hitomi）”的X射线卫星终于在 2016 年 2 月 17 日升空，这个卫星的总投资近 3 亿美元（310 亿日元，或 2.86 亿美元，或 19 亿人民币）。但仅仅 1 个多月后的 2016 年 3 月 26 号，这颗卫星就突然解体，结束了它的生命，近 3 亿美元就这么打了水漂。瞳卫星的死亡过程见文章结尾的附录。
项目科学家们原计划让这颗卫星使用 10 年，但实际上就运行了 1 个多月，其中观测的时间仅 3 天。这 3 天时间内，这颗卫星观测了英仙座星系团，测量了其中的气体外流的速度，揭示出星系团中恒星非常稀少的原因，进而对人们理解宇宙结构演化提供了新的素材。这次观测可以产生数篇论文，其中最重要的就是本文要介绍的这篇发表于世界顶尖杂志 Nature （《自然》）的论文，尽管以后还有可能有几篇与这个成果有关的论文，但我们现在暂且认为这篇论文是耗资 3 亿美元猜得到的论文，即使考虑后面可能出现的几篇，平均每篇耗资 1 亿美元也是八九不离十的。
为了限制宇宙结构演化模型，必须知道物质、暗物质与暗能量所占比例。为了得到精确数值，必须测量星系团的质量。此前的模型假定气体压强由热压主导。但气体的湍动会导致额外的压强，此前人们用间接方法给出了一些限制，这次瞳卫星的观测直接给出了更精确限制，证明气体湍动导致的额外压强仅占百分之几，热压强依然是主导的，这就确保了以前的计算的合理性。与此同时，瞳卫星的观测表明黑洞附近出来的热气泡搅入了星系际的冷气体之中，将冷气体加热，阻碍冷气体收缩并形成恒星，这就是解释了星系团内部的星系际缺乏恒星的原因。尽管这个成果仅限于英仙座星系团且仅限于星系团中心区域，但其意义却是重大的。
下一代同类型卫星如欧洲的雅典娜X射线天文台（Athena X-ray Observatory）最早也得等到 2028 年才可以发射，所以瞳卫星的死亡对于全世界的X射线天文学都是巨大损失。
正文：
日本的“瞳（Hitomi）”卫星得到的信息发现，，如同调羹将奶油搅入咖啡。这种运动能够解释为什么星系团内形成的恒星比预期少得多。这个令人疑惑的性质影响了宇宙结构形成的方式。
(Credit: SLAC National Accelerator Laboratory)
相关的观测数据发表于 Nature（《自然》）。这些数据是这颗X射线卫星（“瞳”）在今年年初运行的第一个月期间记录下来的，在此之后，这颗卫星就因为技术故障链而加速旋转并解体。（“技术故障链（a chain of technical malfunctions）”的每个环节见本文末尾附录中的简单描述）
“能够测量气体运动，这是理解星系团动力学行为及其与宇宙演化的关系的一个主要进展。科维里粒子天体物理与宇宙学研究所（the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology，KIPAC）的博士后、这项工作的合作者之一 Irina Zhuravleva 说。“虽然瞳卫星在运行很短时间后就悲剧性地结束了生命，我们依然可以公正地说
：它开启了X射线天文学的新篇章。”
KIPAC 是斯坦福大学与美国能源部的斯坦福直线加速器中心（SLAC）的国家加速器实验室（National Accelerator Laboratory）的一个联合研究所。（译者注：如此绕口不能怪我，只能怪原作作者不说人话，囧rz）
为什么只形成如此少的恒星?
星系团包含数百到数千个星系，这些星系被引力束缚为一个系统。星系团也包含大量气体。随着时间流逝，气体会冷却，然后聚集成团，形成恒星。然而星系团中只有非常少的恒星（译者注：星系中虽然有很多恒星，但星系之间有非常大的空间，其中恒星非常少，这是这句话的意思。），至今为止科学家都无法确定这是为什么。
“我们已经知道，星系团中心的质量为数百亿个太阳质量的超大质量黑洞会以某种方式注入能量，在阻止气体冷却的过程中起重要作用，” KIPAC 的研究助理、参与数据分析的 Norbert Werner 说。“现在我们更好地理解了这个机制，并看到：存在适量的扰动运动，产生了足够的热量。”
英仙座星系团
星系团中的质量大约有 15% 是气体，这些气体如此炽热——达到了数千万华氏度，以至于发出了X射线。在这项研究中，“瞳”卫星的研究者们观测了英仙座星系团（Perseus cluster）, 这是质量最大的天体之一，而且它在X射线天空中是最亮的。
英仙座星系团中心区图像（NASA/CXC/Stanford/Zhuravleva et al.）
在瞳卫星发射前，其他空间探测器，包括美国航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）已经获得了英仙座星系团的精确X射线图像。这些照片揭示了：在中心的超大质量黑洞将粒子流抛到数万光年的空间中时，超级热的电离气体或等离子体形成的巨泡（giant bubbles） 如何在超大质量黑洞附近形成。
其他来自星系团的可见光照片表明存在冷气体的条纹。这些冷气体是在星系中心被拉出来时出现的。然而，人们一直不清楚这些（热）等离子泡对这星系际（冷）气体的效应是什么。
为弄清楚这个问题，研究者们将瞳卫星的仪器之一、软 X 射线光谱仪（the soft X-ray spectrometer，SXS）指向英仙座星系团中心并分析了它的X射线辐射。
“因为 SXS 的能量分辨率比此前卫星上的仪器好 30 倍，我们能够分辨此前无法分辨的 X 射线信号。这些新的细节产生了星系团中心的第一个速度分布图，显示出了热气体的速度与湍动，” 首席科学家之一、斯坦福大学物理教授、SLAC 粒子物理与天体物理教授 Steve Allen 说。
将这个图叠加到其他图上，研究者们可以将观测到的运动与等离子泡联系在一起。
Zhuravleva 说, “从我们在数据中看到的东西中，出现的泡将气体从星系团中拖出，这就解释了光学图像中延伸气体中的丝状物（译者注：即上面提到的“条纹”）。在这个过程中，湍动出现了。在某种程度上，泡就如将牛奶搅入一杯咖啡的调羹一样，引起旋涡（湍动）。湍动立即加热了气体，阻止恒星在星系团中形成。”
慢得惊人
天体物理学家用这些新信息调节那些描述星系团如何随着时间变化的模型。
这些模型中的一个重要因子是星系团质量，研究者们一般根据星系团内的气压来计算它。然而，运动导致了额外的压强，且在这个研究之前，人们并不清楚计算是否需要考虑湍动气体导致的修正。
“虽然运动加热了英仙座星系团中心的气体，它们的速度仅仅是每秒100英里，在考虑如何扰动X射线图像中的区域时，这样的速度慢得惊人，” 首席科学家之一、斯坦福大学物理教授、SLAC 粒子物理与天体物理教授 Roger Blandford 说。“（这项研究的）一个结果是：为这些运动而引入的修正非常小，不怎么影响我们对质量的计算。”
虽然“瞳”的死去使得大多数原计划的科学项目被砍掉——它原本会至少被假定运行至少三年——研究者们希望他们的结果可以说服国际组织去规划发射另一个X射线卫星。
“ ‘瞳’卫星发回到地球的数据非常漂亮。它们论证了在这个领域中什么是可能的，并给我们一个所有的大科学项目都会有的感觉，这种感觉本该在未来一些年由这个卫星给出,” Werner 说。
‘瞳’卫星是一个合作项目，由日本主导，日本航空航天研究开发所（JAXA）与美国航天（NASA）是主要的合作者。
原文链接：
http://www.futurity.org/hitomi-black-hole-galaxy-cluster-1200182-2/
文中提到发在 Nature 的研究论文：
http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7610/full/nature18627.html
论文预印本网址（任何地方均可以免费下载）：
http://arxiv.org/abs/1607.04487
译者后记：
这篇论文的作者为瞳卫星合作组（Hitomi Collaboration）。论文署名者有 215 个，大多数是日本人，少数是美国人、英国人以及其他国家的研究人员。署名按照姓氏英文排序，因此无所谓什么第一作者。论文的通讯作者是著名的天文学家与天体物理学家、剑桥大学天文研究所的 A. C. Fabian（Andrew Christopher Fabian）。这篇新闻采访的都是斯坦福大学与 SLAC（斯坦福直线加速器中心） 的学者，这是因为新闻是斯坦福大学的记者写的。
另外，在本文推送的前一天（2016 年 7 月 26 日）的上午，arxiv 网公布了这个小组的另一篇研究英仙座星系团的论文
（http://arxiv.org/abs/1607.07420）
，这篇最新论文投的杂志是美国的 The Astrophysical Journal Letters（《天体物理学快报》，ApJL，影响因子为 5.487）。如几天前写的序言中所说，“即使考虑后面可能出现的几篇，平均每篇耗资 1 亿美元也是八九不离十的。”
附录：瞳卫星是如何解体死亡的？
瞳卫星解体死亡的全过程是这样的：2016 年 3 月 26 日，日本时间凌晨 3 点 1 分，卫星经过南大西洋某处时，导星仪和往常经过此处时一样，出现故障，于是用陀螺仪定位，结果这次很不幸：陀螺仪也出现了故障，误判自己正在自转，速度是每小时 21.7 度，信息反馈到姿态控制计算机后，计算机发出指令，启动了反方向控制飞轮，结果本来没转动的卫星真的转起来了，于是陀螺仪汇报说卫星转得更快了，然后计算机又加大力矩，结果形成恶性循环，加速到极限速度。4点10分，卫星启动喷气减速装置，结果更致命的是，喷气减速装置的程序很可能被程序员写反了，本应该朝着一个方向喷气减速，结果却变成了朝着反方向喷气加速，如同司机本该踩刹车但却踩了油门，于是卫星更加迅速旋转，直接使得卫星被甩裂解体。
唧唧堂研究人简介：王善钦
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