银河系的卫星有助于揭示暗物质晕和星系形成之间的联系--中国数字科技馆

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银河系的卫星有助于揭示暗物质晕和星系形成之间的联系

银河系的卫星有助于揭示暗物质晕和星系形成之间的联系(科学播报) 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-06-04
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大麦哲伦星云 图源:文献[2]

  就像太阳有行星,行星有卫星一样,我们的星系也有卫星星系,其中一些可能有更小的卫星星系。

  根据即将发表在《天体物理学杂志》上的研究表明,大麦哲伦星云,一个从南半球可以看到的相对较大的卫星星系,根据欧洲航天局盖亚任务最近的测量结果,它被认为在第一次接近银河系时,至少携带了6个自己的卫星星系。

  天体物理学家相信暗物质负责大部分的宇宙结构,现在,美国能源部SLAC国家加速器实验室和暗能量调查的研究人员,利用银河系周围微弱星系的观测结果,对星系的大小和结构以及围绕它们的暗物质光晕,与星系之间的联系,给出了更加严格的解释。同时,他们发现了存在大麦哲伦星云卫星星系的更多证据,并做出了新的预测:如果科学家的模型正确,则银河系应该还有150个或更多非常微弱的卫星星系,等待下一个发现。

  天文学家早就知道银河系有卫星星系,但是直到2000年左右,这个数字才被认为只有十几个左右。随后,观测到的卫星星系的数量急剧增加,这得益于Sloan数字天空调查以及包括暗能量调查(DES)等项目的最新发现,已知卫星星系的数量已攀升至约60个。

  这是人类第一次可以在大约四分之三的天空中寻找到这些卫星星系,这对于了解暗物质和星系形成的几种不同方式确实很重要。例如,去年,他们将有关卫星星系的数据与计算机模拟结合使用,对暗物质与普通物质的相互作用设定了更为严格的限制。

  现在,该团队正在使用对大部分天空进行全面搜索获得的数据来提出不同的问题,包括:形成一个星系需要多少暗物质;我们应该期望在银河系周围找到多少个卫星星系;星系是否可以将自己的卫星带入我们周围的轨道——这是最流行的暗物质模型的关键预测。

  最后一个问题的答案似乎是肯定的。

从大量宇宙学量中重新模拟银河系光晕 图源:文献[1]

  在几年前,暗能量调查在大麦哲伦星云附近探测到的卫星星系比它们在天空中随机分布的情况下预计的要多。根据测量结果,其中六个卫星星系随LMC一起落入了银河系。

  为了更深入地研究大麦哲伦星云的卫星,研究团队分析了对数百万个可能宇宙的计算机模拟。这些模拟最初是由茅耀元进行的。这些模拟模拟了弥漫在银河系中的暗物质结构的形成,包括一些细节,如银河系中更小的暗物质团块,这些暗物质团块被认为是卫星星系的宿主。为了将暗物质与星系形成联系起来,研究人员使用了一种灵活的模型,该模型允许他们考虑目前对星系形成的理解中的不确定性,包括星系的亮度与暗物质团块质量之间的关系。

  考虑到卫星星系在天空中的位置以及它们的亮度、大小和距离,这个模型是目前的调查中最有可能看到的卫星星系。

  团队掌握了这些条件后,并使用各种参数运行了模型,并搜索了类似大麦哲伦星云的星体落入银河系银河系的引力中的模拟。通过将这些情况与银河观测结果进行比较,他们可以推断出一系列的天体参数,包括应该与大麦哲伦星云一起标记多少个星系。这些结果与观察结果一致:目前应该在星云附近发现六个卫星星系,移动速度与观察到的大致相同。模拟还表明,大麦哲伦星云大约在22亿年前首次到达银河系,这与哈勃太空望远镜对其的运动的高精度测量相一致。

  除了大麦哲伦星云的发现外,该团队还对暗物质光晕与星系结构之间的联系进行了更精确的限制。例如,在与银河系和大麦哲伦星云的历史最接近的模拟中,天文学家目前可以观察到的最小的星系,其恒星质量应约为一百个太阳,暗物质的质量约为一百万倍。根据该模型的推论,可以观测到的最微弱的星系可能在光晕中形成,其质量可能比其小一百倍。

  如果模拟正确,那将有大约100个以上的卫星星系徘徊在银河系周围,是已发现数量的两倍多。这些星系的发现将有助于证实研究人员关于暗物质与星系形成之间联系的模型,并且可能对暗物质本身的性质施加更严格的约束。

  

原创稿件

制作 杨枭 中国科学院大学

审校 赵峥 北京师范大学物理系教授

 

参考文献:

[1] E. O. Nadler, R. H. Wechsler, K. Bechtol, Y. -Y. Mao, G. Green, A. Drlica-Wagner, M. McNanna, S. Mau, A. B. Pace, J. D. Simon, A. Kravtsov, S. Dodelson, T. S. Li, A. H. Riley, M. Y. Wang, T. M. C. Abbott, M. Aguena, S. Allam, J. Annis, S. Avila, G. M. Bernstein, E. Bertin, D. Brooks, D. L. Burke, A. Carnero Rosell, M. Carrasco Kind, J. Carretero, M. Costanzi, L. N. da Costa, J. De Vicente, S. Desai, A. E. Evrard, B. Flaugher, P. Fosalba, J. Frieman, J. García-Bellido, E. Gaztanaga, D. W. Gerdes, D. Gruen, J. Gschwend, G. Gutierrez, W. G. Hartley, S. R. Hinton, K. Honscheid, E. Krause, K. Kuehn, N. Kuropatkin, O. Lahav, M. A. G. Maia, J. L. Marshall, F. Menanteau, R. Miquel, A. Palmese, F. Paz-Chinchón, A. A. Plazas, E. Sanchez, B. Santiago, V. Scarpine, S. Serrano, M. Smith, M. Soares-Santos, E. Suchyta, G. Tarle, D. Thomas, T. N. Varga, A. R. Walker (DES Collaboration). Milky Way Satellite Census -- II. Galaxy-Halo Connection Constraints Including the Impact of the Large Magellanic Cloud. submitted to arXiv(http://arxiv.org/abs/1912.03303), 2020

[2]


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