大熊座III：最远的星团还是最小的星系？

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原作：Brian Koberlein

翻译：张雨荷

编排：喻思敏

后台：李子琦

https://www.universetoday.com/articles/its-either-the-milky-ways-farthest-known-star-cluster-or-the-smallest-known-galaxy

隐藏在深空图像（左）中的Uma3/U1恒星群（右）。

图片来源：CFHT / S. Gwyn / S. Smith

如何区分星系和星团？这听起来可能很简单：星系由数百万到数十亿颗恒星组成，而星团只有一千颗左右。然而，在天文学的前沿研究中，星系和星团的界限并不总是那么清晰，UMa3/U1 就是一个典型的例子。

对于像仙女星系和银河系这样的星系来说，它们体积庞大，受引力束缚，且主要由暗物质构成，因次很容易区分。区分像昴星团这样的星团也很容易。它们是松散的恒星群，没有暗物质。但对于被称为超暗矮星系（UFD）的小型矮星系来说，区分的界限就没那么清楚了。

超暗矮星系的一个典型特征是它们被暗物质主导。例如，银河系的质量约有 85% 是暗物质。然而，一个超暗矮星系的暗物质含量可能是可见物质的上千倍。这也是它们如此暗淡的原因。由于超暗矮星系通常包含一些宇宙中最古老的恒星，天文学家热衷于研究它们，以寻找星系起源的线索。这就引出了 UMa3/U1。

UMa3/U1 的命名本身就反映了它身份的模糊性。如果它是一个矮星系，那么它的名字应该是大熊座III，因为它是大熊座的一个卫星星系; 如果它是一个古老的星团，那么它应该被命名为UNIONS 1，因为它是由紫外近红外光学北方巡天（Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey, UNIONS）首次发现的。如果它是一个星系，那么它将是迄今为止发现的最小、暗物质含量最高的星系。而如果它是一个星团，那么它的年龄约为110亿年，是迄今为止发现的最古老的星团。

UMa3/U1 非常小.。它的直径约为 20 光年，只包含大约 60 颗恒星，可见质量也仅相当于 16 个太阳质量。相比之下，同样直径的昴星团却包含超过 1000 颗恒星，总质量大约为 800 个太阳质量。这引出了判断的核心问题：UMa3/U1 是否主要由暗物质组成？

在最近的一项研究中，研究团队进行了多项测试，以区分星团和矮星系。他们采用的第一种方法是假设它是一个星团，观测其中可见恒星的运动， 从而模拟恒星逃逸所需的时间。这一过程被称为蒸发。团队通过模拟，发现它还能稳定存在 20-30 亿年，这与其大约 110 亿年的年龄相比比例不小，说明它可能是一个稳定的星团。

研究团队采用的第二种方法是利用质量函数。他们研究了恒星质量随半径的分布。如果它是一个星团，那么质量分布应该更均匀；而如果它是一个星系，恒星应该聚集在中心。在这方面，数据不太具有定论。UMa3/U1 的可见恒星分布与星团模型相当吻合，但对于星系而言，中心恒星主要由白矮星和中子星组成，这些恒星太暗，目前的观测结果无法区分。

目前的证据倾向于认为 UMa3/U1 是一个古老的星团，而不是一个星系。但研究人员指出，要得出更确定的结论，还需要观测更多类似的 UFD 天体。好消息是，即将投入使用的望远镜例如薇拉·鲁宾天文台（Vera Rubin Observatory）将帮助天文学家发现更多的超暗矮星系，从而揭开UMa3/U1的身份之谜。

参考文献：Devlin, Scot, Holger Baumgardt, and Sarah M. Sweet. "Reevaluating UMa3/U1: star cluster or the smallest known galaxy?" Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025): staf572.

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

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图示提供: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech