卫星星系问题，解决了

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翻译：葛文迪

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

原文链接：https://scitechdaily.com/cosmic-conundrum-cracked-scientists-solve-the-riddle-of-the-milky-ways-satellite-galaxies/

有天文学家称，他们解决了银河系卫星星系的空间分布问题，这个曾经悬而未决问题影响了我们对于宇宙演化过程的理解。

银河系的卫星星系呈现出一种奇怪的排列方式，它们看起来分布在一个巨大的、很薄的旋转平面上，这个平面被称为卫星星系平面。这个看起来不太可能出现的排列方式困扰了天文学家超过50年，用于解释宇宙是如何演化至今的宇宙学标准模型，其有效性也因此受到质疑。

如今，一项英国杜伦大学和芬兰赫尔辛基大学的研究表明，卫星星系平面会像星座一样变化，并随着时间推移而消失。这项研究结果消除了由卫星星系平面带来的对宇宙学标准模型的质疑。这项发现发表在12月19日的《Nature Astronomy》期刊中。

宇宙学标准模型指的是Λ-CDM 模型，其中，宇宙学常数 Λ 描述了导致宇宙的加速膨胀的暗能量，冷暗物质（Cold Dark Matter，CDM）指的是速度远远小于光速的暗物质。

图片来源：路平说

银河系的卫星星系看起来排列在一个横贯银河系的极薄平面上，并且奇怪的是，它们一直在连续地绕轨道运行。没有任何已知的物理机制可以解释卫星星系平面的形成，相反，人们认为卫星星系会沿着暗物质形成一个大致球形的分布。

暗物质包裹住银河系和仙女座星系的高分辨率仿真图像

图片来源：Till Sawala/Sibelius collaboration

自上世纪70年代卫星星系平面被发现以来，天文学家一直尝试利用模拟宇宙从大爆炸至今演化过程的超级计算机仿真模型，来得到相似的卫星星系平面结构，却久久未能如愿。无法对卫星星系排列方式的形成进行解释，让研究人员觉得银河系形成的冷暗物质理论可能是错误的。

然而，在最近的研究中，天文学家利用了欧洲空间局盖亚空间天文台的最新数据。盖亚空间天文台绘制了银河系的六维图像，提供了银河系中大约十亿颗恒星（约占总数的1%）和伴星系的位置与运动的精确测量结果。这些数据让科学家们可以推测出卫星星系在过去和未来的轨道运动，并且发现卫星星系平面的形成和消失只发生在短短几亿年当中，这些时间从宇宙学尺度上来看可以算是惊鸿一瞥了。

盖亚空间天文台于2013年发射，其运行轨道围绕所谓的拉格朗日2点(L2)运行。其主要目标是用视差法测量恒星的距离。在这种情况下，天文学家使用天文台持续扫描天空，测量由于地球绕太阳运行而导致的恒星位置随时间的明显变化。只要知道恒星位置的微小变化，就可以计算出它们的距离。在地球上，由于地球大气层的模糊，这一点变得更加困难，但在太空中，测量仅仅受到望远镜光学的限制。

图片来源：网络

研究人员也发现了适用卫星星系平面的宇宙学仿真模型。他们意识到，由于没有考虑卫星星系到银河系中央的距离，之前基于仿真结果的研究都被误导了，这使得仿真得到的卫星星系系统比真实的情况更圆。将这一点考虑在内之后，研究人员发现了几个银河系的仿真模型，它们可以产生与观测结果非常接近的卫星星系平面。

英国杜伦大学计算宇宙学研究所基础物理学教授Carlos Frenk作为这项研究的共同作者，他表示：“银河系卫星星系的特殊排列已经困扰了科学家们几十年，困扰之深让其一度被视为对宇宙学主流理论的重大挑战。得益于盖亚空间天文台卫星星系的数据和物理定律，我们现在了解到，这个平面只是一个偶然的排列，恰好在对的时间出现在了对的地方，就像夜空中星座的恒星排列一般。如果回到十亿年以前，这个平面将不复存在，当然，现在星座的排列也不存在。我们可以让质疑冷暗物质理论的主要难题减少一个了，冷暗物质理论依旧可以相当可靠地描述宇宙演化。”

10亿年间银河系11个典型卫星星系的位置及轨道运动。上侧为主视图，下侧为侧视图，右图为左图的放大。黑点为银河系中央位置，箭头标注了观测到的卫星星系的位置及运动方向。尽管它们现在处于同一平面，但是随着卫星星系沿着它们轨道运动，它们将不再处于同一平面。

图片来源：Till Sawala / Sibelius collaboration

赫尔辛基大学Till Sawala教授作为这项研究的第一作者表示：“卫星星系平面的存在让人头疼的问题。一个难题持续了几乎五十年，在国际团队通力合作并结合不同方法才得以解决，这似乎不足为奇。”

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责任编辑：郭皓存

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挪威的完整圆形彩虹

你见过完整的彩虹吗？由于靠近地面的雨滴较少，我们通常只能看到彩虹的上半部分，但飞行于天空中时，反而能经常看到360度的圆形彩虹。此图呈现了今年9月一架无人机穿过一场阵雨时，于挪威的罗弗敦群岛上空拍下的一例圆形彩虹。在第一个彩虹之外可以看到第二个更微弱和颜色相反的彩虹，这种现象因观察者的位置而异，主要是和雨滴对阳光的内反射有关，且太阳与彩虹中心的方向相反。这圈彩虹会跟随拍摄无人机移动，张角为84度，主虹外侧较暗且色泽排列相反的是一圈霓虹 （次虹）。

图片来源与版权：Lukas Moesch

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