矮星系中的巨人——唧筒座2

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翻译：陆寅枫

校译：汪荣鑫 田程偲 陈艳玲

编排：胡暖暖

原文链接：

https://www.cam.ac.uk/research/news/gaia-spots-a-ghost-galaxy-next-door

唧筒座2(Antlia 2)是一个比大麦哲伦星系还略大的星系，大小差不多达银河系的三分之一。

Credit: V. Belokurov/A. Smith/Marcus Davies/Gail Davies/Robert Gendler.

一个由来自中国台湾，英国，美国，德国等多个国家的天文学家组成的团队在检查盖亚卫星所收集的数据时发现了一个潜藏在银河系附近的巨大矮星系。这个被命名为唧筒座2(Antlia 2)的矮星系有着极低的密度，并且隐藏在银盘的光芒之中，所以直到今天才被发现。

早期宇宙的结构初见成型时，矮星系是最早出现的星系，所以它们所包含的恒星大都古老，小质量，且贫金属。与已知的其他银河系卫星星系相比，唧筒座2非常巨大：它比大麦哲伦星系还略大，大小几乎达到银河系的三分之一。

唧筒座2的特殊之处不止在于其体型之大，还在于其光度之低。它与大麦哲伦星系相比，还不到后者光度的万分之一。换句话说，光度与体型通常应该成正比，但是它的光度与它的体型并不相符。

“它就相当于星系中的鬼魂一样”，成果论文的第一作者盖布里尔·托雷亚尔巴(Gabriel Torrealba)说，“像唧筒座2这般扩散弥漫的矮星系我们还从未见到过。我们能有此发现全靠盖亚卫星的功劳。”

欧洲空间局的盖亚卫星任务不仅提供了当今最完备的星表，其中涵盖对大约17亿颗恒星的高精度测量，并且还揭露了有关银河系的许多前所未见的细节。今年早些时候，盖亚发布了第二批数据，为现有的星表再添许多细节。

研究人员在盖亚卫星的数据中通过天琴座RR型变星来寻找作为银河系“卫星”的矮星系。这些变星古老且贫金属，正好符合一颗典型的围矮星系恒星的特征。天琴座RR型变星的亮度会以半天为一周期改变，而正是因为周光关系，它们可以被相对容易地定位。

唧筒座2在夜空中的样子（红圈中的亮斑）。

Credit: G. Torrealba/V. Belokurov/S. Brunier, ESO.

“天琴座RR型变星在每一个已知的矮星系中都有被发现，所以当我们在银盘附近发现了这样的一群变星时，我们并没有大吃一惊”，剑桥大学的瓦西尔弗·贝罗库洛夫(Vasilv Belokurov)说，“但当我们仔细检查它们所在的天区时我们发现了一些新的东西，一些在我们查阅过的任何一个数据库中都没有的东西。”研究团队随即联系了位于澳大利亚的赛丁泉天文台，希望能借其英澳望远镜一用。但当他们查了唧筒座2的坐标后发现时机有限，于是他们测量了超过100颗红巨星的光谱图像，而后地球的公转运动便让唧筒座2在接下来的数月内都不可观测了。

他们测量的光谱数据证实了所有这些恒星的确在作为一个整体运动着。唧筒座2从不离银河系太近，它总是与银河系保持着至少40千秒差距（约十三万光年）的距离。研究团队还测量了它的总质量，对于一个如此庞大的天体群来说它的质量小的出乎意料。

唧筒座2是个体型巨大但低质量的矮星系。当它环绕银河系运行时，很有可能不断有恒星被从唧筒座2中剥离，并且散布在银河系周围。图中橘黄色的恒星来自计算机模拟的唧筒座2，背景则是盖亚拍摄的全天图，而银盘下方的便是大麦哲伦星系。虽然它们大小差不多，但是大麦哲伦星系要亮一万倍。

Credit: J. Sanders/A. Moitinho/A. F. Silva/M. Barros/C. Barata/H. Savietto/Gaia Data Processing and Analysis Consortium

“唧筒座2现在质量如此小的最简单的解释便是来自银河系的星系潮汐力将其拆开了”，卡内基梅隆大学的谢尔盖·可珀索夫(Sergey Koposov)说，“但是我们仍然没法解释的是它为何如此巨大。通常来说，当星系因为潮汐力而失去质量的同时它们也应该相应地变小，而非变大。”

如果矮星系不可能在损失质量的同时变大，那唧筒座2必须在诞生时就那么巨大。不过团队仍需弄清楚使得唧筒座2如此扩散弥漫的确切过程。虽然现今的星系形成模型并不能解释唧筒座2的形成，但最近有假设指出某些矮星系可能会因为频繁而活跃的恒星形成而膨胀。恒星风和超新星爆发会吹走未在恒星形成过程中被使用的气体，从而减弱星系中的引力效应，暗物质也因此可以向外飘散。

“即使恒星形成可以重塑唧筒座2中的暗物质分布，那也一定是以空前的效率完成的” ，剑桥大学的杰森·桑德斯(Jason Sanders)说。

从另一个角度来说，唧筒座2的低密度也意味着现今公认的暗物质的性质需要修改。现在的理论认为暗物质会在星系中心紧紧地堆在一起，而唧筒座2如此“蓬松”的事实意味着暗物质粒子可能并没有在星系中堆积过于紧密的倾向。

（原文如此，但实际上现在的理论认为整个星系是沉浸在暗物质晕中的。暗物质在星系中心最为聚集，但是其存在一直延伸至可见星系以外的地方，将整个可见星系笼罩其中。——译者注）

“与银河系的其他约60个卫星星系相比，唧筒座2是一朵奇葩”，卡内基梅隆大学的马修·沃克(Matthew Walker)说。“我们猜想唧筒座2是不是只是冰山一角，而银河系周围其实围绕着许多这样的几乎看不见的矮星系。”

值得注意的是，唧筒座2与其他的银河系卫星星系中有着相当一块空隙，这可能意味着我们在矮星系形成模型中忽略了某些重要的东西。解开唧筒座2的谜题或许可以帮助研究人员理解早期宇宙中第一个结构是如何形成的。如果能够找到更多类似于唧筒座2的矮星系，我们就能知到像它这样的“鬼魂”星系到底有多普遍，而现在研究人员也正在盖亚的数据中寻找着。

责任编辑：陈艳玲

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