银河系卫星星系的宇宙学谜团解开

对包围银河系及其邻居仙女座星系的暗物质的新高分辨率模拟之一。这项新研究表明，早些时候，在暗物质模拟中寻找环绕银河系的卫星平面对应物的失败尝试是由于缺乏分辨率。图片来源：Till Sawala/Sibelius 合作

天文学家说，他们已经解决了一个悬而未决的问题，这个问题挑战了我们对宇宙如何演化的理解——围绕银河系运行的微弱卫星星系的空间分布。

这些卫星星系表现出一种奇异的排列方式——它们似乎位于一个巨大的薄旋转平面上——被称为“卫星平面”。

这种看似不太可能的安排困扰了天文学家50多年，导致许多人质疑标准宇宙学模型的有效性，该模型试图解释宇宙如何变成今天的样子。

现在，由英国达勒姆大学和芬兰赫尔辛基大学联合领导的新研究发现，卫星平面是一种宇宙学怪癖，它会随着时间的推移而溶解，就像恒星星座也会发生变化一样。

他们的研究消除了卫星平面对宇宙学标准模型的挑战。

这个模型解释了宇宙的形成，以及我们现在看到的星系如何在冷暗物质团块中逐渐形成 - 一种占宇宙约27%的神秘物质。

研究结果发表在《自然天文学》杂志上。

银河系的卫星似乎排列在一个难以置信的薄平面上，穿过银河系，奇怪的是，它们也在连贯且长寿的圆盘中盘旋。

没有已知的物理机制可以使卫星飞机。相反，人们认为卫星星系应该以大致圆形的配置排列，以追踪暗物质。

自从1970年代发现卫星平面以来，天文学家一直试图在现实的超级计算机模拟中找到类似的结构，这些模拟追踪了宇宙从大爆炸到今天的演化，但没有成功。

无法解释卫星排列的事实导致研究人员认为星系形成的冷暗物质理论可能是错误的。

然而，这项最新的研究看到天文学家使用了欧洲航天局盖亚空间天文台的新数据。盖亚正在绘制银河系的六维地图，为我们银河系中大约十亿颗恒星（约占总数的1%）及其伴星系统提供精确的位置和运动测量。

银河系11个经典卫星星系的位置和轨道，投影“正面”（顶部）和“边缘”（底部），整合了10亿年的过去和未来。右侧面板是左侧面板的放大。黑点标记银河系的中心，箭头标记观测到的位置和卫星的行进方向。虽然它们目前排列在一个平面上（由灰色水平线表示），但当卫星沿其轨道移动时，该平面会迅速溶解。图片来源：Till Sawala / Sibelius 合作

这些数据使科学家能够将卫星星系的轨道投射到过去和未来，并看到平面在几亿年内形成和溶解 - 在宇宙时间中只是眨眼。

研究人员还搜索了新的，量身定制的宇宙学模拟，以寻找卫星平面的证据。

他们意识到，以前基于模拟的研究被误导了，因为没有考虑卫星与银河系中心的距离，这使得虚拟卫星系统看起来比真实卫星系统圆得多。

考虑到这一点，他们发现了几个虚拟的银河系，它们拥有一个与通过望远镜看到的非常相似的卫星星系平面。

研究人员说，这消除了对宇宙学标准模型有效性的主要反对意见之一，并意味着暗物质的概念仍然是我们理解宇宙的基石。

该研究的共同作者，英国杜伦大学计算宇宙学研究所奥格登基础物理学教授Carlos Frenk教授说：“银河系卫星星系在天空中的奇怪排列几十年来一直困扰着天文学家，以至于它被认为对宇宙学正统观念构成了深刻的挑战。

“但是由于盖亚卫星的惊人数据和物理定律，我们现在知道飞机只是一个偶然的对齐，一个在正确的时间出现在正确的地点的问题，就像天空中的星座一样。

“十亿年后回来，飞机就会解体，今天的星座也会解体。

“我们已经能够消除冷暗物质理论的主要突出挑战之一。它继续为我们宇宙的演化提供了非常忠实的描述。

该研究的主要作者，赫尔辛基大学的Till Sawala博士说：“卫星飞机确实令人难以置信。

“也许不足为奇的是，一个已经持续了近五十年的难题需要多种方法的组合来解决它 - 以及一个国际团队走到一起。

原标题：《银河系卫星星系的宇宙学谜团解开》

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