红色与蓝色:天文学家钉在罕见的孤独矮星星系的起源

蓝色超漫射星系

在这幅图中,描绘了一个蓝色超弥散星系落入星系系统,随后被喷射成红色超弥散星系的过程。来源:麻省理工学院

结果为在宇宙安静,空洞地区寻找此类系统提供了蓝图。

根据定义,矮星是小而暗淡的,只有一分的星星银河和其他星系。然而,矮人之间的巨头:超漫射星系或UDG,是矮化系统,其含有相对较少的恒星,而是散落在庞大的地区。因为它们是如此弥漫,所以这些系统难以检测,但大多数人被发现塞满了较大,更亮的星系的集群。

现在天文学家们从麻省理工学院是,加州大学在滨江,其他地方使用了详细的模拟来检测“淬火”UDG - 一种罕见的矮星,已经停止发电明星。他们在模拟中发现了几种这样的系统,发现星系不在集群中,而是在空隙中排放 - 安静,几乎空的宇宙区域。

这种孤立与天文学家关于udg应该如何形成的预测相悖。因此,该团队使用相同的模拟来倒带矮星系的进化,并确切地了解它们是如何形成的。

研究人员发现,被淬灭的udg很可能在具有异常高角动量的暗物质晕内合并。就像棉花糖机一样,这种极端的环境可能导致矮星系异常伸展。

这些UDG然后在Galaxy集群中演变,如大多数UDG。但是,集群内的交互可能将矮人喷射到空白中,给出它们宽,旋转式轨迹,称为“backsplash”轨道。在此过程中,星系的气体被剥夺,离开星系“淬火”,无法产生新的恒星。

模拟结果表明,这种udg应该比观测到的更普遍。研究人员说他们的研究结果发表在今天的自然天文学,为天文学家提供蓝图,以寻找宇宙中的这些矮人的空隙。

“我们始终努力获得我们在宇宙中拥有的星系的完全共识,”麻省理工学院的物理学副教授Mark Vogelsberger说。“这项研究正在增加模拟实际预测的新的星系群体。我们现在必须在真正的宇宙中寻找它们。“

Vogelsberger联合主导了与阿根廷理论与实验天文学研究所的劳拉销售的劳拉销售研究。

红色和蓝色

研究小组对被淬灭的UDG的搜寻始于对UDG卫星的简单调查——位于星系团之外的超扩散系统。天文学家预测,星团内的UDG应该会被淬灭,因为它们会被其他星系包围,从而基本上会擦除UDG中已经弥漫的气体,并停止恒星的产生。然后,星团中被淬灭的udg应该主要由老恒星组成,颜色呈红色。

如果UDG存在于群中,在空白中,他们预计将继续搅拌星星,因为没有其他星系的竞争气体,以淬火它们。因此,udgs在空白中预计富有新星,并且出现蓝色。

当团队调查以前检测到UDG卫星,外部集群时,他们发现大多数都是蓝色的预期 - 但是几个是红色的。

“这就是引起了我们的关注,”销售说。“我们想,'他们在那里做什么?他们是如何形成的?“没有良好的解释。”

银河系统立方体

为了找到答案,研究人员研究了TNG50,这是Vogelsberger和其他麻省理工学院的人开发的一个详细的星系形成的宇宙学模拟。这个模拟运行在世界上最强大的超级计算机上,旨在从类似于宇宙爆发后不久的环境中演化出大量的宇宙大爆炸到现在。

该模拟基于物理学的基本原则和物质与天然气之间的复杂相互作用,其结果已经在许多情况下显示,同意在实际宇宙中观察到的天文学家。因此,TNG50已被用作如何以及多种类型的星系通过时间演变的准确模型。

在他们的新研究中,Vogelsberger、Sales和Benavides首先使用了TNG50,看看他们能否在星系团外发现淬灭的udg。他们从一个大约1.5亿光年宽的早期宇宙的立方体开始,然后进行模拟,直到今天。然后,他们专门在模拟空间中搜索udg,发现他们探测到的大多数udg都是蓝色的,正如预期的那样。但令人惊讶的是,大约25%的人是红色的。

它们在这些红色卫星矮人上归零,并使用了相同的模拟,这次是一种时间机器,看看这些星系起源的方式,何时和地点。他们发现系统最初是集群的一部分,但是以某种方式在更椭圆形的“反斜杠”轨道上被抛出。

“这些轨道几乎和我们太阳系的彗星轨道一样,”Sales说。“有些会出去绕回来,有些可能会回来一次,然后就再也不会回来了。对于被淬灭的udg来说,由于它们的轨道是椭圆形的,它们甚至在整个宇宙时代都没有时间回来。他们仍然在野外工作。”

仿真还表明,淬火的UDGS的红颜色从它们的喷射产生 - 一种剥离星系的星形气体的暴力过程,使其淬火和红色。在进行的时间内进一步运行模拟,团队观察到微小的系统,如所有星系,起源于暗物质的晕,其中天然气聚合到银河磁盘。但是对于淬火UDG,晕圈似乎旋转得比正常,产生拉伸,超漫射星系。

现在,研究人员已经更好地了解了失稳的udg在哪里以及如何产生的,他们希望天文学家可以利用他们的结果来调整望远镜,以识别更多这样孤立的红矮星——模拟表明,这些红矮星的数量肯定比天文学家目前探测到的要多。

Vogelsberger说:“非常令人惊讶的是,模拟能够真正产生所有这些非常小的物体。”“我们预测,应该有更多这样的星系。这让我们的工作非常激动人心。”

有关此遗传研究,请参阅天文学家发现了难以捉摸的超扩散星系的起源

参考文献:José A. Benavides, Laura V. Sales, Mario所著的“静止的超扩散星系起源于后飞溅轨道”。G. Abadi, Annalisa Pillepich, Dylan Nelson, Federico Marinacci, Michael Cooper, Ruediger Pakmor, Paul Torrey, Mark Vogelsberger和Lars Hernquist, 2021年9月6日,自然天文学
DOI:10.1038 / S41550-021-01458-1

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