天文學家或許即將發現一個失散已久的星系群。杜倫大學的研究人員利用超高分辨率模擬和復雜的模型預測，銀河系周圍可能存在多達100個此前未被發現的衛星星系。新的研究表明，銀河系周圍的衛星星系數量可能比科學家之前發現或預測的要多得多。

這些暗淡、難以捉摸的“孤兒星系”可能已被剝離暗物質暈，使得它們幾乎無法被現有的望遠鏡觀測到。但隨著魯賓天文臺等強大新儀器的出現，科學家們相信我們終于能夠觀測到它們，這或許能證實一些重要的宇宙學理論，并重塑我們對宇宙的認知。

英國杜倫大學的宇宙學家團隊開發了一種新方法，將目前最詳細的超級計算機模擬與先進的數學建模相結合。利用這種方法，他們發現了一群尚未被觀測到的、難以捉摸的“孤兒”星系群的存在可能性。

根據他們的研究結果，銀河系附近可能還有 80 到 100 個衛星星系在運行。

利用望遠鏡發現這些隱藏的星系將為支持拉姆達冷暗物質（LCDM）理論提供強有力的證據。這一領先模型描述了宇宙在大尺度上的結構以及星系的形成過程。

該研究結果在今年由杜倫大學主辦的皇家天文學會全國天文學會議上公布。

λ-冷暗物質 (LCDM) 宇宙學模擬中銀河系質量暈的暗物質分布。這是迄今為止對中質量暗物質暈進行的最高分辨率模擬，名為水瓶座-A-L1。中質量暈（位于中心）被無數子結構包圍，這是“冷暗物質”模型的一個關鍵預測。其中一些子暈內部可能包含一個可被觀測到的衛星星系。圖片來源：水瓶座模擬，處女座聯盟/馬克·洛弗爾博士

達勒姆領導的研究基于 LCDM 模型，其中以原子形式存在的普通物質僅占宇宙總含量的 5%，25% 是冷暗物質 (CDM)，其余 70% 是暗能量。

在這個模型中，星系形成于巨大的暗物質團塊（稱為暈）的中心。宇宙中的大多數星系都是低質量矮星系，其中大多數是圍繞更大質量星系（例如我們的銀河系）運行的衛星星系。

這些神秘天體的存在長期以來一直對標準宇宙模型（LCDM）構成挑戰。根據 LCDM 理論，銀河系伴星系的數量應該遠遠超過迄今為止宇宙學模擬得出的結果，也遠超天文學家所能觀測到的數量。

新預測的銀河系“孤兒衛星”星系以“x”符號標記。圖片來源：水瓶座模擬、處女座聯盟/馬克·洛弗爾博士

新的研究表明，銀河系失蹤的衛星星系是極其暗淡的星系，它們在銀河系暈的引力作用下幾乎完全失去了母星系的暗物質暈。這些所謂的“孤兒”星系在大多數模擬中都消失了，但在真實的宇宙中應該還存在。

利用這項新技術，達勒姆大學的研究人員能夠追蹤這些銀河系孤兒星系的豐度、分布和特性，表明應該存在更多銀河系衛星星系，并且如今可以觀測到。希望望遠鏡和儀器（例如魯賓天文臺LSST相機，該相機最近首次亮相）的新技術進步，能夠讓天文學家探測到這些非常暗淡的天體，并首次將它們帶入我們的視野。

藝術家筆下的銀河系。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

首席研究員、杜倫大學物理系計算宇宙學研究所的伊莎貝爾·桑托斯-桑托斯博士說：“我們知道銀河系有大約 60 個已確認的伴星星系，但我們認為應該有更多這樣的暗淡星系在近距離圍繞銀河系運行。

“如果我們的預測正確，它將為宇宙結構形成和演化的 Lambda 冷暗物質理論增添更多分量。觀測天文學家正在使用我們的預測作為基準來比較他們獲得的新數據。不久的將來，我們也許能夠看到這些‘失蹤’的星系，這將非常令人興奮，并可以告訴我們更多關于宇宙是如何形成我們今天所看到的?！?/p>

LCDM 的概念是我們理解宇宙的基石。它導致了宇宙學標準模型的出現，并且是描述宇宙大尺度演化和結構的最廣為接受的模型。

該模型已經通過了多項測試，但最近受到了有關矮星系的令人費解的觀測數據的挑戰。

達勒姆大學的研究人員表示，即使是現有的最好的宇宙學模擬（包括氣體和恒星的形成以及暗物質）也不具備研究像天文學家開始在銀河系附近發現的那些暗淡星系所需的分辨率。

這些模擬還缺乏追蹤數十億年來矮星系圍繞銀河系運行時所包含的小暗物質暈的演化所需的精度。

這導致一些人為地破壞了一些星系暈，使星系成為“孤兒”。盡管模擬失去了“孤兒”星系的光暈，但這樣的星系應該在真實的宇宙中幸存下來。

達勒姆大學的研究人員將宇宙超級計算機模擬與分析模型相結合，以克服這些數值問題。

其中包括由Virgo Consortium制作的“水瓶座”模擬?！八孔笔瞧駷橹箤︺y河系暗物質暈進行的最高分辨率模擬，用于理解預測的銀河系周圍精細尺度結構。

它還包括 GALFORM 模型，這是達勒姆大學在過去二十年中開發的一種尖端代碼，它跟蹤了導致星系形成和演化的詳細物理過程。

他們的研究結果表明，暗物質暈可能包含一個衛星星系，在宇宙的大部分時間里，它們一直圍繞著銀河系中心暈運行，導致暗物質和恒星質量被剝離，變得非常小和暗淡。

因此，研究預測，銀河系周圍可能存在的任何亮度的衛星星系總數將比目前已知的數量多出約 80 個，甚至可能多達 100 個。

該研究特別關注了大約 30 個新發現的極其微弱和微小的銀河系衛星候選者?？茖W家們尚不清楚這些是嵌入暗物質暈中的矮星系，還是球狀星團，或自引力恒星的集合。

達勒姆大學的研究人員認為，這些物體可能是他們預測存在的暗淡衛星星系群的一個子集。

杜倫大學物理系計算宇宙學研究所的共同研究員卡洛斯·弗倫克教授表示：“如果我們預測的非常暗淡的衛星群能夠通過新數據被發現，這將是 LCDM 星系形成理論的一個顯著成功。

“它還將清晰地展現物理學和數學的力量。利用大型超級計算機求解的物理定律和數學建模，我們可以做出精確的預測，而配備新型強大望遠鏡的天文學家可以對其進行驗證。沒有比這更好的了?！?/p>

編譯自/scitechdaily