我们生活在一个大城市的星系里。银河系是如此之大，以至于有卫星星系围绕它运行，就像月亮围绕地球运行一样。这些排列告诉我们很多关于宇宙的秘密——从星系的形成到暗物质的神秘本质。
两项新的研究越来越多地揭示了银河系周围的这些“群体”星系，包括大型卫星星系在被吸入银河系轨道时可以携带自己的小型卫星的证据。科学家们还提取了围绕在这些星系周围的暗物质晕的信息，以及一项预测，即我们的家园星系应该还有大约100个非常暗的卫星星系等待发现。
这项研究由芝加哥大学助理教授亚历克斯·德里卡-瓦格纳(Alex Drlica-Wagner)与来自SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)和威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的科学家共同主持，研究结果发表在4月份的《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)上。它在很大程度上依赖于暗能量调查的数据，这是一项由费米国家加速器实验室和芝加哥大学领导的绘制天空地图的开创性工作。
“暗能量勘测数据给我们提供了前所未有的对最小、最古老和最暗物质主导的星系的敏感度，”Drlica-Wagner说。“这些暗淡的星系可以教会我们很多关于恒星和星系形成的知识。”
用星系的光照射暗物质
天文学家早就知道银河系的卫星星系——包括了著名的大麦哲伦星云,用肉眼可以观察到在南部hemisphere-but由于调查与大型望远镜,已知的卫星列表增加了约60过去二十年。
这些星系告诉我们很多关于宇宙,包括多少暗物质需要形成一个星系,我们应该期望发现多少卫星星系在银河星系以及是否可以把自己的卫星轨道上我们一手牵着暗物质的最受欢迎的关键预测模型。(最后一个问题的答案似乎是响亮的“是”。)
“我们想严格地回答这个问题:我们的望远镜能探测到的最暗的星系是什么?””Drlica-Wagner说。
为了回答这个问题，他们模拟了超过一百万个小型卫星星系，将它们嵌入到大型天文数据集中，并使用他们的搜索算法试图重新提取它们。这使得他们能够确定哪些星系可以被探测到，而哪些星系对于目前的望远镜来说过于微弱。然后，他们将这些信息与大规模的暗物质聚集的数值模拟相结合，来预测银河系周围卫星的总数量(包括我们能看到的和我们不能看到的)。
结果是预测还有大约100个星系围绕着银河系旋转。如果“失踪”的100个星系被发现，这将有助于证实研究人员建立的暗物质和星系形成之间的联系模型。
“这项工作最令人兴奋的事情之一是，我们将能够利用我们对卫星星系的测量来了解暗物质的微观属性，”Drlica-Wagner说。
暗物质的主要模型是，它是一种亚原子粒子，就像电子或质子一样，是在宇宙早期形成的。如果这些暗物质粒子非常轻，它们可能有非常高的速度，这将使暗物质很难聚集形成我们今天看到的星系。因此，科学家们说，通过观察大量的小星系，有可能对暗物质粒子的质量设定一个较低的限制。
“暗物质的粒子特性可以对我们所看到的星系产生明显的影响，”Drlica-Wagner说。
这项研究是暗能量调查的一项合作成果，由银河系工作小组领导，包括芝加哥大学的本科生西德尼·茂(Sidney Mau)在内的初级成员做出了大量贡献;还有米奇·麦克南纳，威斯康辛大学麦迪逊分校的研究生。
引用:
- “银河系卫星普查”。一、银河系卫星在DES Y3和Pan-STARRS DR1中的观测选择函数Drlica-Wagner等，《天体物理学杂志》，2020年4月15日。
- “银河系卫星普查”。2星系-光环连接的限制，包括大麦哲伦星云的影响。”纳德勒等人，《天体物理学杂志》，2020年4月15日。
资助:美国能源部、斯坦福大学。
改编自南森·柯林斯发表于SLAC国家加速器实验室的一篇文章。