左边是模拟中分析的超漫射星系之一。 右边是 DF2 星系的图像，几乎是透明的。 图片来源：欧空局/哈勃
加州大学河滨分校的天文学家和同事利用模拟来揭示非常微弱的矮星系是如何诞生的。
顾名思义，超漫射星系（UDG）是一种矮星系，其恒星分布在广阔的区域，导致表面亮度极低，很难被探测到。 关于 UDG 的几个问题仍未得到解答：这些矮人是如何最终延长得如此之长的？ 它们的暗物质光环——围绕星系的不可见物质的光环——很特别吗？
现在，由加州大学河滨分校天文学家劳拉·赛尔斯（Laura Sales）共同领导的国际天文学家团队在 自然天文学 它使用复杂的模拟在宇宙低密度环境中检测到了一些“淬灭”的 UDG。 熄灭的星系是指不形成恒星的星系。
物理学和天文学副教授塞尔斯说：“我们的发现与星系形成的理论不一致，因为淬火矮星需要处于星团或群体环境中，才能去除气体并停止形成恒星。” “但是我们检测到的淬灭 UDG 是孤立的。 我们能够在现场识别出其中一些淬灭的 UDG，并及时追溯它们的演化，以表明它们起源于后飞溅轨道。”
图像显示蓝色超扩散星系落入星系系统，随后喷射为红色超扩散星系（已经失去气体）。 图片来源：瓦尼娜·罗德里格斯
这里，“在现场”指的是孤立在安静环境中的星系，而不是在群体或星团环境中。 塞尔斯解释说，后溅星系是一个今天看起来像一个孤立星系的物体，但在过去是一个更大系统的卫星——类似于彗星，它定期访问我们的太阳，但其大部分旅程都是孤立的，远离太阳系的大部分区域。
“孤立星系和卫星星系具有不同的特性，因为它们演化的物理原理完全不同，”她说。 “这些后溅星系很有趣，因为它们与它们曾经所属的系统中的卫星群共享属性，但今天它们被观察到与系统隔离。”
矮星系是包含一亿到几十亿颗恒星的小星系。 相比之下， 银河 有200亿到400亿颗恒星。 虽然所有 UDG 都是矮星系，但所有矮星系都不是 UDG。 例如，在相似的光度下，矮星表现出非常大的尺寸范围，从紧凑到分散。 UDG 是给定光度下大多数延伸物体的尾部。 UDG 的恒星含量相当于矮星系，比银河系小 10-100 倍。 但它的大小与银河系相当，这使得它的表面亮度极低，使其显得特别。
动画显示了围绕 TNG50 中模拟的超漫射星系之一的旋转。 红色表示星星，蓝/白色表示气体含量。 图片来源：何塞·贝纳维德斯
Sales解释说，矮星系的暗物质晕的质量至少比银河系小10倍，而且大小也相似。 然而，UDG 打破了这一规则，并显示出与大得多的星系相当的径向延伸。
“解释这一点的一个流行理论是，UDG 是‘失败的银河系’，这意味着它们注定会成为像我们银河系一样的星系，但不知何故未能形成恒星，”该校研究生何塞·A·贝纳维德斯 (José A. Benavides) 说。阿根廷理论与实验天文学研究所，该研究论文的第一作者。 “我们现在知道这种情况无法解释所有 UDG。 因此，理论模型正在出现，其中不止一种形成机制可能能够形成这些超漫射物体。”
根据 Sales 的说法，新作品的价值是双重的。 首先，研究人员使用的名为 TNG50 的模拟成功预测了具有与观察到的 UDG 类似特征的 UDG。 其次，研究人员发现了一些罕见的淬火UDG，它们没有形成机制。
“使用 TNG50 作为‘时间机器’来观察 UDG 如何到达它们所在的位置，我们发现这些物体是数十亿年前的卫星，但被驱逐到一个非常椭圆的轨道，今天看起来很孤立，”她说。
研究人员还报告说，根据他们的模拟，淬灭的 UDG 通常可以占超扩散星系群的 25%。 然而，根据观察，这个百分比要小得多。
“这意味着我们的望远镜可能没有发现许多潜伏在黑暗中的矮星系，”塞尔斯说。 “我们希望我们的结果能够激发调查低光度宇宙的新策略，从而对矮星系群体进行全面普查。”
这项研究首次解决了检测 UDG 所需的无数环境（从孤立的矮星到成群和簇状的矮星），并以足够高的分辨率研究其形态和结构。
接下来，研究团队将继续在TNG50模拟中对UDG进行研究，以更好地理解为什么这些星系与具有相同恒星含量的其他矮星系相比如此延伸。 研究人员将使用世界上最强大的望远镜之一夏威夷凯克望远镜来测量距地球最近的星系团室女座星系团中UDG的暗物质含量。
“未来的望远镜，例如大型综合巡天望远镜或罗马太空望远镜，将在未来五到十年内投入使用，具有探测更多这些有趣的 UDG 的能力，”销售说。
参考资料：José A. Benavides、Laura V. Sales、Mario 撰写的“来自后溅轨道的静止超扩散星系”。 G. Abadi、Annalisa Pillepich、Dylan Nelson、Federico Marinacci、Michael Cooper、Ruediger Pakmor、Paul Torrey、Mark Vogelsberger 和 Lars Hernquist，6 年 2021 月 XNUMX 日， 自然天文学.
DOI: 10.1038/s41550-021-01458-1
该研究的部分资金来自美国国家科学基金会职业奖和 美国航空航天局 天体物理学理论计划向销售人员提供资助。
Mario 也加入了 Sales 和 Benavides 的研究。 G. Abadi，阿根廷科尔多瓦国立大学； 德国马克斯·普朗克天文研究所的 Annalisa Pillepich； 德国理论天体物理研究所的 Dylan Nelson； Federico Marinacci，意大利博洛尼亚大学； 加州大学欧文分校的迈克尔·库珀； 德国马克斯·普朗克天体物理研究所的 Ruediger Pakmor； 保罗·托里 佛罗里达大学; 麻省理工学院的马克·沃格尔斯伯格； 和马萨诸塞州哈佛史密森天体物理中心的拉尔斯·赫恩奎斯特（Lars Hernquist）。
