“淬灭”超弥散星系：一种罕见矮星系的起源被确定

矮星系是一种质量微小、光度暗弱的星系。我们所在的银河系有2000亿到4000亿颗恒星，而矮星系的恒星数量只有一亿到数十亿。

矮星系中有一种超弥散星系（ultra-diffuse galaxies，简称UDG）。超弥散星系的恒星非常分散，虽然它的恒星数量比银河系小10到100倍，但其大小与银河系相似。其恒星如此分散，以至于其表面亮度极低，是已知表面亮度最低的星系。目前，已知的大多数超弥散星系都隐藏在更大、更明亮的星系团中。

近日，研究者利用模拟探测了“淬灭”的超弥散星系。“淬灭”是指已经停止了恒星形成。结果发现，“淬灭”的超弥散星系并不在星系团中，而是“孤立”地位于宇宙中安静、几乎是空的区域。这种“孤立”与此前关于猝灭超弥散星系形成的预测背道而驰。

“淬灭”超弥散星系的形成及其在宇宙中的位置

相关研究发布在国际知名学术期刊《自然-天文学》，论文标题为《Quiescent ultra-diffuse galaxies in the field originating from backsplash orbits》，通讯作者为阿根廷理论和实验天文学研究所的研究生José Benavides。

Benavides 对澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者表示，“矮星系是宇宙中的主要种群。而超弥散星系是矮星系中非常特殊的一种，其起源尚未确定。最近，在低密度环境中报道了淬灭（红色）超弥散星系，具有双重神秘和趣味！”

“淬灭”超弥散星系较为罕见。此前，天文学家预测，位于星团内的超弥散星系应该是“淬灭”的。理由是这些超弥散星系可能被其他星系包围，其他星系基本上会擦去超弥散星系扩散的气体，从而使其停止恒星的产生。因此，该位置的超弥散星系应该主要由年老的恒星组成，呈现红色。

而位于星团之外的太空中的超弥散星系，由于没有其他星系的气体来“淬灭”它们，这种超弥散星系将继续大量生产恒星。因此，预计其富含新恒星，呈现蓝色。

然而，研究人员调查此前对星团外超弥散星系的探测时，发现大多数为蓝色，但也有少数是红色。“这正是引起我们注意的原因，”论文的第二作者Laura Sales 说，“我们想，‘它们在那里做什么？它们是如何形成的？’这没有很好的解释。”

为此，研究人员使用详细的模拟来了解矮星系的演化过程。此项研究中，他们首先使用TNG50（星系形成的详细宇宙学模拟）来看是否能在星系团外发现猝灭的超弥散星系。

Benavides表示，他们在模拟数据（TNG50）公开前的特许访问权为此项研究工作提供了很大优势，他们还使用了超级计算机来读取处理数据。

他们的模拟从一个宽约1.5亿光年的早期宇宙“立方体”开始，一直延续到现在。然后，他们在模拟中专门搜索星团之外的超弥散星系，发现它们大部分是蓝色的，正如预期。不过，模拟中有大约25%的超弥散星系为红色的——“淬灭”的，这一数字令人惊讶。在实际观察中，这一百分比要小得多。

研究人员对这些红色的“淬灭”超弥散星系再进行模拟，发现“淬灭”超弥散星系很可能曾经以异常高的角动量聚集在暗物质晕中——就像棉花糖机一样，这种极端环境可能已经产生了异常伸展的、超弥散的星系。

就像大多数超弥散星系一样，这些超弥散星系随后在星系团内演化。但是星系团内部的相互作用很可能将其抛到了一个更宽的、回力镖似的椭圆轨道——“backsplash”轨道的空隙中。在这个过程中，超弥散星系的恒星云被剥离，无法产生新的恒星——它们被“淬灭”，并呈现红色。

Sales表示，“淬灭”超弥散星系的轨道与太阳系中的彗星轨道相似。“有些彗星离开了又绕回来，有的彗星可能过来一次，然后再也不会回来了。对于‘淬灭’超弥散星系而言，由于它处在椭圆轨道，它们没有时间回来，甚至延续至宇宙年龄尺度。”

了解超弥散星系对人类的意义是什么？“我们对宇宙的大部分知识都基于‘含宇宙学常数的冷暗物质（LCDM）’的范式，该范式中，我们有一个相当结构化的星系形成模型。从这个意义上说，由于这些超弥散星系的起源仍不清楚，在这种情况下造成了许多问题。”Benavides表示，“因此，在含宇宙学常数的冷暗物质模型内理清线索、并对其形成过程进行回答是世界各地不同科学团体所追求的挑战。这甚至开辟提出新模型的可能性，于科学有利。”

研究人员表示，此项研究结果为天文学家在宇宙的空隙中寻找这种矮星系提供了蓝图。