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有一个隐形的“大家伙”环绕银河系运转。天文学家发现了一个名为“唧筒座2”、大小为银河系1/3的矮星系。其和银河系最大伴星系——大麦哲伦星云一样大,但此前一直未被观测到,因为它的亮度只有大麦哲伦星云的万分之一。这样一个奇特的“怪兽”向银河系和暗物质形成模型发起了挑战。暗物质是帮助将星系聚集在一起的看不见的物质。

图片来源:Y. Hezaveh

图片来源:Pieter van Dokkum, Roberto Abraham, Gemini, Sloan Digital Sky
Survey

科学家利用欧洲空间局“盖亚”卫星的数据发现了“唧筒座2”。“盖亚”卫星是测量银河系及其周围10亿多颗恒星运动和性质的望远镜。中国台北中央研究院天文学博士后Gabriel
Torrealba决定仔细分析这些数据,以寻找天琴座RR型变星。这些通常在矮星系中发现的古老恒星闪烁着跳动的蓝色光线。而光线跳动的速率能显示其固有亮度,从而使研究人员得以确定它们的距离。

天文学家日前辨认出一个可能主要由暗物质构成的矮星系,而这要得益于其巨大质量产生的使光线弯曲的效应。该星系是一个更大星系团的一部分,而后者距离地球40亿光年,位于地球和被称为SPD.81的更遥远星系之间。反过来,这个矮星系位于距地球约120亿光年的地方。当经过介于中间的星系团时,它的无线电波辐射被扭曲成一个圆圈。这一过程被称为“引力透镜”。

银河系有一个黑暗“孪生兄弟”。一个名为“蜻蜓44”的幽暗、巨大星系含有创纪录的99.99%的暗物质,并且能帮助重写人类关于星系形成的理论。此项研究日前发表于《天体物理学快报》。

“天琴座RR型变星在这个距离上是如此罕见,以至于当你看到两颗时,会质疑它们为何在一起。”最新发现合作者、英国剑桥大学天文学家Vasily
Belokurov表示,当他们在距地球约42万光年的地方发现了3颗时,认为这是表明那个位置拥有一大簇恒星的“强烈信号”。不过,由于天琴座RR型变星位于银河系圆盘的远端,寻找其伴星系并非易事。

圆圈的大小和形状帮助天文学家估测介于中间的重量为太阳质量1万亿倍的星系质量。不过,研究人员表示,由于圆圈的大小和形状无法同预期来自单一星系的弯曲进行精确的匹配,因此失踪的恒星肯定位于一个很小、极其微弱且由暗物质主导的伴星系中。同时,这个伴星系围绕着更大质量的恒星运转。

虽然从质量上看,“蜻蜓44”是银河系的“分身”,但在恒星数量和结构上却与后者相反。这个星系没有银河系标志性的螺旋结构,也不是一个平面的“圆盘”。

“盖亚”卫星的数据帮助该团队研究了这些前景星。银河系圆盘中的天体距离足够近,从而使“盖亚”得以测量其视差,即地球围绕太阳移动时发生的视位改变。更多的遥远恒星看上去固定在一个位置。在取消具有视差的恒星后,研究人员重点关注了100多颗在唧筒座星座中一起移动的红巨星。他们在日前发表于预印本服务器arXiv的论文中报告了相关发现。这些“巨人”划分出一个庞大的伴星系。其质量仅为大小相当的任何伴星系的1/100,并且拥有更少的恒星。

根据该团队的估测,该卫星星系的质量约是太阳质量的10亿倍。此项发现日前发表于《天文物理学杂志》网络版。该团队的分析还使其得以辨认出一个否则将会觉察不到的矮星系最有可能的位置。

2014年,来自美国耶鲁大学的Pieter van
Dokkum和同事利用一组长焦镜头发现了该星系及其邻居。当研究团队瞄准位于距地球3.2亿光年的巨大星系团——后发座星系团中的“蜻蜓44”时,他们探测到47个模糊的斑点:至少和银河系一样大的星系,从头到尾有10万光年的距离,但包含很少的恒星,以至于它们发出的光和矮星系一样暗淡。

为解释这个弥散的星系,Belokurov提出,在“唧筒座2”的历史上,很多年轻的恒星以猛烈的超新星形式爆发,将气体和尘埃吹出该星系并削弱了其引力,从而使其不断膨胀。美国加州理工学院天体物理学家Shea
Garrison-Kimmel表示,从爆发恒星“内脏”处散落的丰富的重元素为这一观点增加了可信度。当“唧筒座2”围绕较大的银河系运转时,还可能在恒星被引力潮汐力拖曳时失去物质。

两个恒星质量(一个很遥远,另一个距离地球要近很多)偶然的对齐,或许能帮助研究人员阐明构成矮伴星系的暗物质类型,从而使天文学家更加深入地了解无论是可见还是不可见的宇宙到底是由什么构成的。

对于这些星系的出现有两种解释。一种是迄今尚未探测到但被认为构成宇宙中约85%物质的暗物质将它们紧紧包裹。又或者它们是不稳定的——“暴力”的后发座星系团正在将其撕成碎片。

为查明真相,van
Dokkum和同事利用位于夏威夷莫纳克亚山的10米凯克II望远镜上的光谱仪,观察了其中最大的一个星系——“蜻蜓44”。这使该团队得以追踪其含有的极少恒星围绕该星系移动的速度有多快,并由此计算出它的质量:较快的速度意味着更大质量的星系。

研究人员发现,这些恒星以每秒47公里的速度运行,从而使“蜻蜓44”的质量约是太阳的10000亿倍。由于其含有的正常物质非常少,因此它肯定包含了99.99%的暗物质,以便将其自身聚拢在一起。“蜻蜓44”甚至打败了今年早些时候在室女座星系团发现的另一个同样昏暗、暗物质含量达99.96%的星系。不过,对于这些昏暗的星系是如何形成的,天文学家仍然非常困惑。

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