101星系之後：銀河系何以在宇宙中獨樹一幟

新的研究，來自SAGA調查，將銀河系與101個相似星系進行比對，揭露出我們的星系在衛星星系系統和恆星形成模式等方面與眾不同。這些差異對於理解星系形成的更廣泛機制以及神秘暗物質所扮演的角色至關重要。

天文學家經常以銀河系作為研究星系形成和演化的基準。由於我們身處銀河系內部，科學家得以利用先進望遠鏡對其進行極為詳細的研究。透過在不同波長下觀測，他們能夠洞悉銀河系的恆星族群、氣體動力學等特徵，而這些在遙遠星系中難以辨識。

然而，近期對101個與銀河系質量相近星系的研究顯示，我們的星系與其宇宙同伴大不相同。瞭解事物的一個關鍵方法是將其與同類進行比較，這是我們在學校早期就學到的概念。調查是進行這些比較的寶貴工具，天文學調查提供了大量基礎資料。著名的例子包括斯隆數位巡天（SDSS）、兩微米全天巡天（2MASS）以及歐洲太空總署的蓋亞任務。

而星系類比衛星（SAGA）調查也加入了這一行列。其第三次資料釋出為三項新研究提供了支撐，每項研究都聚焦於101個與銀河系相似星系的不同方面。這些研究為我們的星系與其同類相比的情況提供了全新見解。

研究表明，星系形成於巨大的暗物質暈之內，暗物質是一種難以捉摸的物質，不與光發生相互作用。宇宙中85%的物質是神秘的暗物質，只有15%是正常或重子物質，即構成行星、恆星和星系的物質。儘管我們無法看到這些巨大的暈，但天文學家可以觀察到它們的影響。它們的引力將正常物質聚集在一起，形成星系和恆星。

SAGA旨在瞭解暗物質暈的運作方式。它研究與銀河系質量相近星系周圍的低質量衛星星系。這些衛星星系可能被捕獲並被拉入更大星系的暗物質暈中。SAGA已經發現了數百個這樣的衛星星系圍繞著101個與銀河系質量相當的星系執行。

人文與科學學院人文與科學教授、物理學教授，同時也是SAGA調查的共同創始人麗莎·韋克斯勒表示：「銀河系一直是一個了不起的物理實驗室，包括用於研究星系形成物理學和暗物質物理學。但銀河系只是一個系統，可能並不能代表其他星系的形成方式。這就是為什麼找到相似星系並進行比較至關重要。」

銀河系與其他101個星系的比較揭示了一些顯著差異。SLAC國家加速器實驗室的粒子物理學和天體物理學教授韋克斯勒說：「我們的結果表明，我們不能僅僅將星系形成模型侷限於銀河系。我們必須研究宇宙中相似星系的完整分佈。」

SAGA調查的第三次資料釋出包括在101個與銀河系質量相當的系統中發現的378個衛星星系，第一篇論文聚焦於這些衛星星系。只有經過艱苦的搜尋才能發現它們。其中四個屬於銀河系，包括著名的大小麥哲倫星雲。

韋克斯勒說：「以前從沒有人嘗試過這樣做是有原因的。這是一個非常宏大的專案。我們必須使用巧妙的技術從背景中的數千個天體中篩選出這378個繞行星系。這真的是大海撈針的問題。」

SAGA發現，每個星系的衛星星系數量從零到13個不等。根據第一篇論文，最大質量衛星星系的質量是衛星星系豐度的一個強有力預測指標。論文指出，三分之一的SAGA系統包含與大麥哲倫星雲質量相當的衛星星系，而且它們往往比銀河系擁有更多的衛星星系。在這方面，銀河系是個異數，這也是它不典型的原因之一。

第二項研究聚焦於衛星星系中的恆星形成。恆星形成率（SFR）是理解星系演化的一個重要指標。研究表明，衛星星系中仍有恆星形成活動，但它們距離主星系越近，恆星形成率就越慢。難道是靠近星系的暗物質暈的更大引力抑制了恆星形成嗎？

第二篇論文指出：「我們的結果表明，在類似銀河系的環境中，低質量衛星星系和位於100千秒差距內的衛星星系的恆星形成更易被抑制，這些過程進行得足夠緩慢，以維持各種恆星質量和投影半徑下恆星形成衛星星系的存在。」

然而，在銀河系的衛星星系中，只有麥哲倫星雲仍在形成恆星，半徑距離起到了一定作用。韋克斯勒說：「現在我們遇到了一個難題。銀河系中是什麼導致這些小質量的衛星星系的恆星形成被抑制？也許，與典型的主星系不同，銀河系擁有獨特的組合，既有已經停止恆星形成的較老衛星星系，又有較新的、活躍的星系——大麥哲倫星雲和小麥哲倫星雲——它們最近才落入銀河系的暗物質暈中。」這也是我們的星系不典型的另一個原因。

那麼，衛星星系周圍較小的暗物質暈呢？它們扮演著什麼角色？韋克斯勒說：「對我來說，前沿問題是弄清楚暗物質在比銀河系更小的尺度上在做什麼，比如這些小衛星星系周圍的較小暗物質暈。」

第三篇論文將SAGA的第三次資料釋出與電腦模擬進行了比較。作者們開發了一個新的模型，用於研究質量小於或等於10⁹太陽質量的星系中的恆星形成抑制現象。他們的模型受到SAGA對101個星系資料的限制，然後研究人員將其與斯隆數位巡天中的孤立場星系進行比較。

該模型成功再現了衛星星系的恆星質量函式、它們的平均恆星形成率以及衛星星系中的恆星形成抑制比例。它還維持了更孤立衛星星系中的恆星形成率，並觀察到更近的衛星星系中恆星形成抑制增強。

該模型需要透過觀測進行更多測試，作者們指出，光譜學調查是合理的下一步。這些調查有望解答有關低質量衛星星系中內部反饋所起作用、它們的質量和氣體吸積以及暗物質對它們的影響，以及衛星星系特有的氣體過程等問題。

韋克斯勒說：「SAGA透過對銀河系以外系統中衛星星系的詳細研究，為推進我們對宇宙的理解提供了一個基準。雖然我們已經完成了對101個主星系中明亮衛星星系進行繪圖的初始目標，但仍有許多工作要做。」

本文改編自最初釋出於《今日宇宙》的一篇文章。

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