银河系周围可能隐藏着100个星系

这些暗淡、难以捉摸的“孤儿星系”可能已被剥离暗物质晕，使得它们几乎无法被现有的望远镜观测到。但随着鲁宾天文台等强大新仪器的出现，科学家们相信我们终于能够观测到它们，这或许能证实一些重要的宇宙学理论，并重塑我们对宇宙的认知。

英国杜伦大学的宇宙学家团队开发了一种新方法，将目前最详细的超级计算机模拟与先进的数学建模相结合。利用这种方法，他们发现了一群尚未被观测到的、难以捉摸的“孤儿”星系群的存在可能性。

根据他们的研究结果，银河系附近可能还有 80 到 100 个卫星星系在运行。

利用望远镜发现这些隐藏的星系将为支持拉姆达冷暗物质（LCDM）理论提供强有力的证据。这一领先模型描述了宇宙在大尺度上的结构以及星系的形成过程。

该研究结果在今年由杜伦大学主办的皇家天文学会全国天文学会议上公布。

λ-冷暗物质 (LCDM) 宇宙学模拟中银河系质量晕的暗物质分布。这是迄今为止对中质量暗物质晕进行的最高分辨率模拟，名为水瓶座-A-L1。中质量晕（位于中心）被无数子结构包围，这是“冷暗物质”模型的一个关键预测。其中一些子晕内部可能包含一个可被观测到的卫星星系。图片来源：水瓶座模拟，处女座联盟/马克·洛弗尔博士

达勒姆领导的研究基于 LCDM 模型，其中以原子形式存在的普通物质仅占宇宙总含量的 5%，25% 是冷暗物质 (CDM)，其余 70% 是暗能量。

在这个模型中，星系形成于巨大的暗物质团块（称为晕）的中心。宇宙中的大多数星系都是低质量矮星系，其中大多数是围绕更大质量星系（例如我们的银河系）运行的卫星星系。

这些神秘天体的存在长期以来一直对标准宇宙模型（LCDM）构成挑战。根据 LCDM 理论，银河系伴星系的数量应该远远超过迄今为止宇宙学模拟得出的结果，也远超天文学家所能观测到的数量。

新预测的银河系“孤儿卫星”星系以“x”符号标记。图片来源：水瓶座模拟、处女座联盟/马克·洛弗尔博士

新的研究表明，银河系失踪的卫星星系是极其暗淡的星系，它们在银河系晕的引力作用下几乎完全失去了母星系的暗物质晕。这些所谓的“孤儿”星系在大多数模拟中都消失了，但在真实的宇宙中应该还存在。

利用这项新技术，达勒姆大学的研究人员能够追踪这些银河系孤儿星系的丰度、分布和特性，表明应该存在更多银河系卫星星系，并且如今可以观测到。希望望远镜和仪器（例如鲁宾天文台LSST相机，该相机最近首次亮相）的新技术进步，能够让天文学家探测到这些非常暗淡的天体，并首次将它们带入我们的视野。

艺术家笔下的银河系。图片来源：NASA/JPL-Caltech

首席研究员、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的伊莎贝尔·桑托斯-桑托斯博士说：“我们知道银河系有大约 60 个已确认的伴星星系，但我们认为应该有更多这样的暗淡星系在近距离围绕银河系运行。

“如果我们的预测正确，它将为宇宙结构形成和演化的 Lambda 冷暗物质理论增添更多分量。观测天文学家正在使用我们的预测作为基准来比较他们获得的新数据。不久的将来，我们也许能够看到这些‘失踪’的星系，这将非常令人兴奋，并可以告诉我们更多关于宇宙是如何形成我们今天所看到的。”

LCDM 的概念是我们理解宇宙的基石。它导致了宇宙学标准模型的出现，并且是描述宇宙大尺度演化和结构的最广为接受的模型。

该模型已经通过了多项测试，但最近受到了有关矮星系的令人费解的观测数据的挑战。

达勒姆大学的研究人员表示，即使是现有的最好的宇宙学模拟（包括气体和恒星的形成以及暗物质）也不具备研究像天文学家开始在银河系附近发现的那些暗淡星系所需的分辨率。

这些模拟还缺乏追踪数十亿年来矮星系围绕银河系运行时所包含的小暗物质晕的演化所需的精度。

这导致一些人为地破坏了一些星系晕，使星系成为“孤儿”。尽管模拟失去了“孤儿”星系的光晕，但这样的星系应该在真实的宇宙中幸存下来。

达勒姆大学的研究人员将宇宙超级计算机模拟与分析模型相结合，以克服这些数值问题。

其中包括由Virgo Consortium制作的“水瓶座”模拟。“水瓶座”是迄今为止对银河系暗物质晕进行的最高分辨率模拟，用于理解预测的银河系周围精细尺度结构。

它还包括 GALFORM 模型，这是达勒姆大学在过去二十年中开发的一种尖端代码，它跟踪了导致星系形成和演化的详细物理过程。

他们的研究结果表明，暗物质晕可能包含一个卫星星系，在宇宙的大部分时间里，它们一直围绕着银河系中心晕运行，导致暗物质和恒星质量被剥离，变得非常小和暗淡。

因此，研究预测，银河系周围可能存在的任何亮度的卫星星系总数将比目前已知的数量多出约 80 个，甚至可能多达 100 个。

该研究特别关注了大约 30 个新发现的极其微弱和微小的银河系卫星候选者。科学家们尚不清楚这些是嵌入暗物质晕中的矮星系，还是球状星团，或自引力恒星的集合。

达勒姆大学的研究人员认为，这些物体可能是他们预测存在的暗淡卫星星系群的一个子集。

杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的共同研究员卡洛斯·弗伦克教授表示：“如果我们预测的非常暗淡的卫星群能够通过新数据被发现，这将是 LCDM 星系形成理论的一个显著成功。

“它还将清晰地展现物理学和数学的力量。利用大型超级计算机求解的物理定律和数学建模，我们可以做出精确的预测，而配备新型强大望远镜的天文学家可以对其进行验证。没有比这更好的了。”

编译自/scitechdaily