我们星系的“大耳朵”:银河系的大型伴星系引人注目

银河系似乎缺少银河系的追随者,但在大型星系方面却并非如此。这是为什么呢?

我们的银河系只是宇宙中无数星系中的一个——一个普通的螺旋星系,在充满螺旋星系的宇宙中。我们空间角落的非特殊性,一个被称为哥白尼原理的观点,是现代宇宙学的基石。但这并不意味着银河系在各个方面都必须完全平庸。

在围绕银河系盘旋的20多个卫星星系中,形成了一种银河系的随行人员,其中有两个大型卫星星系,即大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。早在望远镜时代之前,观星者和航海家就已经知道它们的存在。然而,今天的天体物理学家们很难解释它们是如何到达那里的。星系形成和演化的计算机模拟往往无法产生类似于麦哲伦星云那样明亮的卫星星系。因此,研究人员不得不问:模拟是否是有缺陷的——也许是在它们解释神秘暗物质的至关重要作用的方式上——还是银河系只是有点古怪?

借助新的超级计算机模拟以及一个名为斯隆数字巡天的宇宙测绘望远镜项目,这个问题现在似乎已经解决了。


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斯隆巡天说了什么?古怪。

在对早期模型的最先进的肯定中,最新一轮的超级计算机模拟再次表明,一个银河系大小的星系应该很少聚集到麦哲伦星云大小的卫星。对数千个真实星系及其卫星的望远镜观测证实了理论预测。

“实际上是银河系有点独特,”迈克尔·布沙说,他是一位目前在瑞士苏黎世大学的天体物理学家。布沙是12月20日天体物理学杂志上发表的一项研究的主要作者,该研究将一个新的计算机模拟(名为 Bolshoi)的结果与来自斯隆的实际星系观测进行了比较。在模拟和观测中,大多数类似银河系的星系都没有像麦哲伦星云那样庞大的伴星系。少数星系有一个这样的卫星,而极少数星系——大约 5% 到 10%——与银河系的两个大型卫星星系的数量相匹配。

“这有点奇怪,但又不是真的奇怪,”布沙在谈到我们的家园星系时说,将麦哲伦星云比作人脸上超大的特征。“我的一位同事称它们为‘银河系的大耳朵’,”他说。“你看上去像个正常人,你看起来并不奇怪,你只是碰巧有大耳朵。”

加州大学尔湾分校的宇宙学家詹姆斯·布洛克说,银河系的外观与理论上应该有的外观之间的差异“多年来一直困扰着我们中的一些人”。“我不会说我为此失眠,但也许会辗转反侧。”布洛克和他的合著者最近使用了一个不同的模拟,名为 Millennium-II,以及一组不同的斯隆星系得出了类似的结论。“我们的星系显然有点不寻常——与理论预测的不寻常程度差不多,”他说。“这是个好消息。还有一些遗留的难题,但至少这个问题似乎得到了控制。”

可能无法控制的是银河系伴星系在尺寸谱较小端,理论与观测之间非常不同的差异。在被称为“丢失卫星问题”中,星系模拟倾向于产生比天文学家实际在银河系外围看到的更多的小而昏暗的卫星星系。已经提出了许多可能的解释——也许天文学家只是还没有找到银河系的所有卫星,或者也许小型星系不像假设的那样容易发展。

银河系异常众多的大型卫星群是否与丢失卫星问题有关,还有待观察。“我们想知道的是:我们拥有这两个明亮的卫星这一事实,对于其余的卫星群意味着什么?对于丢失卫星问题意味着什么?”布沙说。“我们真的不知道这个问题的答案。”

然而,布沙的同事们正在研究这个问题。斯坦福大学的路易斯·斯特里加里和丽莎·韦克斯勒已经开始调查银河系在多大程度上与类似星系相提并论,当涉及到稍微小一些的卫星时。他们深入研究了斯隆数据,以确定类似银河系的星系在其宿主伴星系中,比麦哲伦星云暗淡但比次亮的银河系卫星(人马座和天炉座矮星系)明亮的情况有多常见。对这些中等大小的卫星的模拟预测,银河系应该有比现在更多的伴星系。

“天真的预测是,应该有许多系统比天炉座亮,比[小麦哲伦星云]暗淡,但我们没有看到,”韦克斯勒说。“解决这个问题的一种方法是说银河系在这方面也很罕见,并且大多数星系都有这些额外的卫星。”

但这种解释经不起斯特里加里和韦克斯勒的初步分析。“在这里,我们发现银河系似乎与拥有典型数量的较暗卫星星系相符,”韦克斯勒说,尽管她指出误差范围仍然很大。“这可能是在告诉我们,不典型的是麦哲伦星云,而不是整个银河系系统。”

为什么超级计算机模拟会产生比在包括我们自己在内的真实星系附近发现的更多中等大小的卫星,仍然是一个悬而未决的问题。但研究人员至少可以睡得更安稳一些,因为他们知道银河系确实相当普通,尽管有大耳朵。

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