不同演化過程中的星系（淬滅超彌散星系）

2023-04-14 04:15:12 1

澎湃新聞記者 劉航

矮星系是一種質量微小、光度暗弱的星系。我們所在的銀河系有2000億到4000億顆恆星，而矮星系的恆星數量只有一億到數十億。

矮星系中有一種超彌散星系（ultra-diffuse galaxies，簡稱UDG）。超彌散星系的恆星非常分散，雖然它的恆星數量比銀河系小10到100倍，但其大小與銀河系相似。其恆星如此分散，以至於其表面亮度極低，是已知表面亮度最低的星系。目前，已知的大多數超彌散星系都隱藏在更大、更明亮的星系團中。

近日，研究者利用模擬探測了「淬滅」的超彌散星系。「淬滅」是指已經停止了恆星形成。結果發現，「淬滅」的超彌散星系並不在星系團中，而是「孤立」地位於宇宙中安靜、幾乎是空的區域。這種「孤立」與此前關於猝滅超彌散星系形成的預測背道而馳。

「淬滅」超彌散星系的形成及其在宇宙中的位置

相關研究發布在國際知名學術期刊《自然-天文學》，論文標題為《Quiescent ultra-diffuse galaxies in the field originating from backsplash orbits》，通訊作者為阿根廷理論和實驗天文學研究所的研究生José Benavides。

Benavides 對澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者表示，「矮星系是宇宙中的主要種群。而超彌散星系是矮星系中非常特殊的一種，其起源尚未確定。最近，在低密度環境中報導了淬滅（紅色）超彌散星系，具有雙重神秘和趣味！」

「淬滅」超彌散星系較為罕見。此前，天文學家預測，位於星團內的超彌散星系應該是「淬滅」的。理由是這些超彌散星系可能被其他星系包圍，其他星系基本上會擦去超彌散星系擴散的氣體，從而使其停止恆星的產生。因此，該位置的超彌散星系應該主要由年老的恆星組成，呈現紅色。

而位於星團之外的太空中的超彌散星系，由於沒有其他星系的氣體來「淬滅」它們，這種超彌散星系將繼續大量生產恆星。因此，預計其富含新恆星，呈現藍色。

然而，研究人員調查此前對星團外超彌散星系的探測時，發現大多數為藍色，但也有少數是紅色。「這正是引起我們注意的原因，」論文的第二作者Laura Sales 說，「我們想，『它們在那裡做什麼？它們是如何形成的？』這沒有很好的解釋。」

為此，研究人員使用詳細的模擬來了解矮星系的演化過程。此項研究中，他們首先使用TNG50（星系形成的詳細宇宙學模擬）來看是否能在星系團外發現猝滅的超彌散星系。

Benavides表示，他們在模擬數據（TNG50）公開前的特許訪問權為此項研究工作提供了很大優勢，他們還使用了超級計算機來讀取處理數據。

他們的模擬從一個寬約1.5億光年的早期宇宙「立方體」開始，一直延續到現在。然後，他們在模擬中專門搜索星團之外的超彌散星系，發現它們大部分是藍色的，正如預期。不過，模擬中有大約25%的超彌散星係為紅色的——「淬滅」的，這一數字令人驚訝。在實際觀察中，這一百分比要小得多。

研究人員對這些紅色的「淬滅」超彌散星系再進行模擬，發現「淬滅」超彌散星系很可能曾經以異常高的角動量聚集在暗物質暈中——就像棉花糖機一樣，這種極端環境可能已經產生了異常伸展的、超彌散的星系。

就像大多數超彌散星系一樣，這些超彌散星系隨後在星系團內演化。但是星系團內部的相互作用很可能將其拋到了一個更寬的、回力鏢似的橢圓軌道——「backsplash」軌道的空隙中。在這個過程中，超彌散星系的恆星雲被剝離，無法產生新的恆星——它們被「淬滅」，並呈現紅色。

Sales表示，「淬滅」超彌散星系的軌道與太陽系中的彗星軌道相似。「有些彗星離開了又繞回來，有的彗星可能過來一次，然後再也不會回來了。對於『淬滅』超彌散星系而言，由於它處在橢圓軌道，它們沒有時間回來，甚至延續至宇宙年齡尺度。」

了解超彌散星系對人類的意義是什麼？「我們對宇宙的大部分知識都基於『含宇宙學常數的冷暗物質（LCDM）』的範式，該範式中，我們有一個相當結構化的星系形成模型。從這個意義上說，由於這些超彌散星系的起源仍不清楚，在這種情況下造成了許多問題。」Benavides表示，「因此，在含宇宙學常數的冷暗物質模型內理清線索、並對其形成過程進行回答是世界各地不同科學團體所追求的挑戰。這甚至開闢提出新模型的可能性，於科學有利。」

研究人員表示，此項研究結果為天文學家在宇宙的空隙中尋找這種矮星系提供了藍圖。

責任編輯：李躍群

校對：劉威