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身陷重围:银河系周边大量陌生星系纷纷靠近,却是为何?

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星空天文 2021-11-26 21:57

盖亚探测器的一个发现。

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银河系周边存在大约50个矮星系。ESA / Gaia / DPAC

欧空局的盖亚探测器擅长以空前的精度测量恒星的空间坐标和运动参数。最近来自中国和欧洲的科学家,分析了盖亚探测器提供的前三批数据,结果发现银河系周边的大部分所谓卫星系,可能并不是真正意义上的卫星系——在天文学语义里,它们才刚刚来到我们身边。

银河系是一个大型漩涡星系,拥有千亿颗恒星。但宇宙中更多的是个头矮小,恒星数量有限的矮星系。银河系周围有大约50个矮星系。

长久以来人们在指称这些星系的时候,习惯于用到卫星系这样的称谓。严格说来,卫星系是指那些能够长期在稳定的轨道上,环绕主星系——比如银河系运行的星系,就像月球环绕地球那样。但是当研究人员对40个银河系周边矮星系的运动参数进行了测算之后吃惊地发现,这些星系的运动速度极快,比环绕银河系运行的星团还要快。

星系之间的关系比较微妙。矮星系如果靠近大星系,要么擦肩而过,要么就被大星系俘获。而俘获的下场要么是成为卫星系,要么被吞并。银河系在大约80亿至100亿年前,曾经吞并过一个名为“盖亚-恩克拉多斯”的矮星系。距今40亿至50亿年前,银河系俘获了人马座矮星系。这个矮星系随后开始瓦解,直到今天,解体的过程还在进行。

盖亚探测器能够通过测量恒星的轨道参数和动能,从浩如烟海的群星中辨别出来自不同星系的恒星。一般来说,来自某个星系的恒星拥有的动能越高,这个星系受银河系影响的时间就越短。因此当研究人员发现银河系周边40个矮星系都拥有过高的动能时,意识到这些星系很可能都是新近才出现的。

事实上,十几年前就有人发现,长期以来一直被我们称作卫星系的大麦哲伦云同样拥有过高的动能。这会导致它无法被银河系的引力俘获,无法环绕银河系运行。所以大麦哲伦云可能不是银河系的长期伴侣,而是一位匆匆的过客,一位陌生人。

目前研究人员还不知道这40个星系中哪些会成为过客,哪些会成为伴侣,或被吞并。一方面,要判断它们的命运,不但需要知道它们的质量和运动参数,还要知道银河系的质量。不幸的是,时至今日,科学家仍然没能掌握银河系质量的精确值。

另一方面,成为银河系的伴侣其实也不是什么好事。银河系的引力会将它们撕碎,唯一可以用来抵抗的是它们内部的暗物质。暗物质越多,星系存活得就越长久;否则就会很快解体。但是目前我们并不知道这些矮星系各自都拥有多少暗物质,所以它们未来的命运也还都是个谜。

参考

Gaia EDR3 Proper Motions of Milky Way Dwarfs. II Velocities, Total Energy, and Angular Momentum

http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/ac27a8

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