近日中国科学院上海天文台王鹏研究员带领的科研团队在星系团角动量研究领域取得重要进展，该团队利用斯隆数字化巡天（SDSS）的大样本光谱数据，首次系统性地揭示了星系团在天球投影平面上呈现显著的自旋一致性。该成果以“The Cosmic Dance: Observational Detection of Coherent Spin in Galaxy Clusters”为题发表于《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters），为深入理解星系团尺度动力学特性提供了新的观测线索。

在等级结构形成的宇宙学框架下，潮汐力矩理论预言了原初密度扰动在非线性塌缩前会受到周围非均匀物质分布的潮汐作用而获得角动量。作为宇宙中最大的维里化结构，星系团的自旋蕴含着关于其形成、动力学以及大尺度结构影响的关键信息。既往的观测大都聚焦于对单个或少量星系团样本进行自旋研究，缺乏统一的统计框架。 本研究基于大样本星系团的光谱观测数据，首次实现了对星系团相干自转的观测性统计探测。

该研究创新性地提出了一种简单且可复现的红移-半球法，通过投影平面内使两个区域（由试验轴划分）成员星系红移差异最大化的方向，为每个星系团识别出投影自旋轴，实现了对星系团相干自转的观测性统计探测。

科学卡通图：星系团自旋轴示意图，星系团中存在由内部动力学和大尺度结构共同塑造的显著相干自旋。

系统性揭示星系团相干自旋。团队选取了两组公开的星系群目录，分别基于不同算法构建，这排除了星系群分类算法的影响，最后筛选出对应的星系团样本进行分析。研究发现，观测到的自旋信号分布与随机对照组存在显著偏离，系统性而有力地证实了星系团的相干旋转。进一步分析揭示旋转速度随星系团质量增加而上升。

初探“角动量输运”过程。研究凸显了星系团作为中间尺度环境，在宇宙大尺度纤维结构向小尺度星系输送角动量过程中的“中继站”功能。初步探索了角动量如何在跨越数个量级的宇宙空间尺度上被吸积、维持及重新分布的物理机制的理解。

科学结果图，左上图：星系团自旋信号的累积分布；右上图；星系团旋转速度-质量关系；左下图：星系团自旋与中央星系自旋的关联；右下图：星系团自旋与邻近大尺度纤维结构轴的关联。

该研究第一作者是上海天文台博士一年级学生唐潇潇，通讯作者是王鹏，项目得到了国家自然科学基金委重大项目，面上项目、中国载人航天工程巡天空间望远镜专项科学研究、上海市启明星（A类）项目的经费资助。

论文链接:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae2273

科学联系人：王鹏，pwang@shao.ac.cn