许多大型星系——包括我们的银河系——都围绕着一群较小、较暗的伴星系：矮星系。有些可能几乎与宇宙本身一样古老，是古老恒星的孤立岛屿，它们从未设法吸积到更大的星系上；另一些则更年轻，诞生于碰撞并相互撕裂的更大星系被撕碎的残骸。无论任何给定的矮星系是原始的构建块还是星系合并后期的残余物，研究这些微小的天体可以说是了解星系和其他大型宇宙结构如何出现、相互作用和增长的最佳方式之一。反过来，研究大规模结构是我们理解我们所处宇宙基本规则的最佳方式之一。
在某些方面，观察矮星系围绕其较大的宿主星系运行，有点像观察蜜蜂在蜂巢周围嗡嗡作响。矮星系就像蜜蜂一样，它们的飞行看起来漫无目的——上上下下，左左右右，没有任何明显的韵律或理由。但两者都有一种隐藏的秩序。蜜蜂在风流中穿梭于蜂巢周围，风流携带着花朵和信息素的气味，而矮星系的轨道部分由更神秘的东西决定：暗物质的引力。这种理论上的、看不见的物质更多的是被感觉到而不是被看到，因为它不发光；我们推断其存在的唯一方式是通过它如何扭曲周围的空间。粗略的分布图表明，暗物质形成了一种宇宙网，其中大小星系都通过引力粘附在暗物质的丝状结构和薄片上。“我们有这个暗物质网，它从各个角度和方向为宿主星系提供物质，这就是为什么我们发现这些矮星系有如此多不同的轨道和运动，”巴塞尔大学的博士候选人奥利弗·穆勒说。
在周四发表在《科学》杂志上的一项新研究中，穆勒和同事绘制了 16 个矮星系围绕半人马座A星系“蜂巢”的运动轨迹，半人马座A星系是一个距离银河系 1000 多万光年的大型星系。他们发现，半人马座A星系的 14 个矮星系并没有遵循随机轨道，而是出人意料地排列共面，也就是说，它们共享同一个轨道平面——有点像蜜蜂在一个井然有序的环中围绕蜂巢飞行。这种令人费解的配置——穆勒的模拟表明，偶然发生的概率仅为 0.5%——让一些科学家开始质疑他们对这些卫星周围的行为和环境的理解程度。穆勒说，如果在宇宙中的许多其他星系周围都观察到这种现象，那么如此奇异的共面矮星系甚至可能挑战宇宙学家对宇宙的“Lambda 冷暗物质”(LCDM) 概念——这是用于解释星系和星系团如何出现和演化的标准模型。
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但是，尽管这项新研究强调了排列共面矮星系的稀有性，但之前已经观察到过这种配置。事实上，流行的理论表明，每 10 个矮星系中就应该有一个具有某种排列方式；至少计算机模拟是这样表明的。
英格兰达勒姆大学的宇宙学家卡洛斯·弗兰克说，这种特殊排列方式的独特之处在于“这是在我们的本星系群（银河系群）之外看到的这种配置的第一个例子，所以这非常有趣”。弗兰克指出，已经在银河系和仙女座星系中发现了共面矮星系，但半人马座A星系周围的 14 个矮星系是首次观察到围绕更遥远星系运行的矮星系。
在他们的研究中，穆勒和他的团队认为，如果矮星系的共面排列很普遍，这将对 LCDM 模型构成值得重视的挑战——该模型预测矮星系的随机分布。简而言之，发现许多共面排列将表明，我们对暗物质已经有限的理解甚至比以前认为的还要不完整。弗兰克本人并不完全信服，他指出 LCDM 模型仍然与过去几十年来的绝大多数观测结果非常吻合。“标准模型运行良好，”弗兰克说。“为什么它会突然停止呢？这很有趣，但目前还不是一个威胁宇宙学范式的挑战。”
不幸的是，要对矮星系进行更完整的普查需要数十年时间。观察矮星系的运动极其微妙，很大程度上是因为我们更容易测量远离或朝向我们在天空中移动的遥远物体的速度，而不是那些在天球上横向移动的物体。顾名思义，矮星系非常小而暗淡，这使得在离银河系越远的地方发现它们就越具挑战性。所有这些效应都会使观测数据产生偏差，使情况变得模糊不清，以至于共面性或无序性的清晰趋势变得难以看清。唯一的解决办法是使用多种重叠且耗时的方法来寻找和研究近的和远的矮星系。
与此同时，像这些有趣的观测结果实际上可能比取代 LCDM 模型更能证实其成功。德克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学家迈克尔·博伊兰-科尔钦是《科学》杂志上随附评论的作者，他说标准模型以前克服过类似的挑战。“LCDM 已经面临许多考验，并且仍然是标准的宇宙学模型；我预计卫星平面也会是这种情况，”他说。“但是，我也认为充分调查所有潜在的不一致之处至关重要。这是我们提高对理论的信心的唯一途径，或者在极少数情况下，找到需要进行根本性修正的缺陷。”
作为他的论文工作的一部分，穆勒计划在未来几个月内使用智利的暗能量相机研究半人马座A星系系统，希望能找到更多的矮卫星。另外十几个左右的非共面轨道可能会使报告的趋势消失。但就目前而言，他对这种奇特现象感到兴奋，因为它实际上可能是常态。“这些系统不仅仅是异常值——它们看起来更常见。我认为我们必须非常重视这一点……我希望我们对这种结构进行进一步的研究。我想证明这不仅仅是一个巧合。”