來源：科技日報 • 2020-09-21 17:13:52
在我們生活的銀河系中，地球只是一個毫不起眼的塵埃。對於普通人來說，銀河系是大是小、周圍「鄰居」多不多、星系空間是否「擁堵」都與我們關係不大，但這些卻深深地吸引著天文學家的目光。因為星系不同特性的背後，很可能蘊藏著其形成的線索。
事實上，星系與星系之間差別很大，有的星系內部極端緊湊、有的星系則松松垮垮，這些「奇怪」的星系是如何形成的?一直以來科學家都在尋找答案。9月10日，一篇發表在《天體物理學》雜誌上的論文，或許能夠幫助我們進一步揭示這些極端星系的成因。
迄今最大超緻密矮星系樣本
「超緻密矮星系(UCDs)是一類2000年左右才被發現的天體。」該論文第一作者、上海交通大學物理與天文學院副研究員劉成則在接受科技日報記者採訪時表示，超緻密矮星系的質量和大小介於星團和矮星系之間，填補了星團和矮星系之間的空白，因其內部恆星系統極端緻密而得名。超彌散星系(UDGs)則是星系裡的另一種極端——其恆星系統鬆散，密度非常低，同樣是最近的研究熱點。
和銀河系這樣的旋渦星系相比，受限於觀測設備和條件，無論是超緻密矮星系還是超彌散星系，觀測樣本都非常小，這就給研究極端密度星系帶來了客觀的困難。
作為星系裡的「少數派」，科學家又是如何判斷它們的大小或密度呢?劉成則介紹道，如果星系處在相似的距離上，天文學上一般用星系的張角來判斷星系的大小。星系的張角與其距離成反比，一個星系，離我們越遠，它的張角也就越小。超緻密矮星系的典型物理尺度為25秒差距左右，如果想觀測室女星系團裡的超緻密矮星系，相當於在烏魯木齊觀察上海東方明珠上的一枚硬幣。
而星系的密度一般很難直接觀測到，天文學家通常用面亮度，即單位面積上星系的亮度來判斷星系的密度。面亮度越亮，星系的密度越高，反之則密度越低。
在此次研究中，研究人員利用下一代室女星系團巡天(NGVS)的數據，在室女星系團內尋找到600多個超緻密矮星系，這也是迄今最大的超緻密矮星系樣本，同時也是第一個在星系團尺度上完備的超緻密矮星系樣本。
劉成則表示，大樣本量具有兩個優勢，一是可以進行可靠的統計分析，二是有更大概率找到具有特殊性質的超緻密矮星系，這對研究超緻密矮星系的起源有著重要的意義。
極端密度來源於星系併合
與其他星系相比，這些在密度上極端不同的星系還有哪些奇怪的特徵?「每一類型的星系都有各自的特點。除密度外，超緻密矮星系和超彌散星系的暗物質含量也與其他星系不同。」劉成則解釋道，目前主流觀點都認為星系處在暗物質暈中，但是超緻密矮星系至今沒有發現有暗物質的證據。而超彌散星系的情況更複雜，有些暗物質含量超高，比如有的超彌散星系大小和總質量與銀河系相當，但是其恆星質量卻只有銀河系的1%。也有一些超彌散星系沒有觀測到暗物質。
作為宇宙中已知最緻密的星系，超緻密矮星系確實有些與眾不同。此前就有報導稱，天文學家首次在超緻密矮星系中心發現了質量約為2100萬倍太陽質量的超大質量黑洞。最小星系卻擁有超大質量黑洞，刷新了人們的認知。
此次研究還發現，有些超緻密矮星系被暗弱的恆星暈包圍;少數超緻密矮星系還保留有潮汐尾等星系併合期間產生的結構;並發現了從普通矮星繫到超緻密矮星系的形態演化序列……「這些研究結果均表明超緻密矮星系可能起源於質量更大的星系，這些星系的外層在併合過程中被剝離，剩下的星系核即為我們現在觀測到的超緻密矮星系。」劉成則解釋道，星系的併合過程與所處環境密切相關，環境密度越高，發生併合的概率越大。而研究人員在室女星系團內發現超緻密矮星系和超彌散星系都傾向於集中在星系團核心等緻密環境，也進一步印證了它們的形成與所處環境及星系的相互作用有密切的關係。
劉成則表示，現今的星系形成和演化模型還有待完善，而超緻密矮星系和超彌散星系這兩類極端性質星系，是星系形成和演化圖景的兩塊拼圖，相關研究對完善星系形成和演化的整體框架有重要意義。