物理学家回答超银河平面缺少螺旋星系的问题

拓破天峙

艺术家对银河系的概念。鸣谢:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院。

（）据杜伦大学：天体物理学家表示，他们已经找到了一个答案，解释了为什么像我们银河系这样的螺旋星系在很大程度上从我们的局部宇宙中被称为超级银河平面的部分中消失了。

超级银河平面是一个巨大的扁平结构，延伸近10亿光年，我们的银河系就嵌入其中。

虽然这个平面充满了明亮的椭圆星系，但带有旋臂的明亮盘状星系却明显稀少。

现在，由英国杜伦大学和芬兰赫尔辛基大学共同领导的一个国际研究小组表示，椭圆星系和圆盘星系的不同分布是由于平面内外的对比环境而自然产生的。

在超银河平面上发现的致密星系团中，星系经历着与其他星系的频繁相互作用和合并。这将螺旋星系转变为椭圆星系——没有明显内部结构或旋臂的光滑星系——并导致超大质量黑洞的增长。

相比之下，远离平面，星系可以在相对隔离的状态下进化，这有助于它们保持螺旋结构。

这些发现发表在《自然天文学》杂志上。



这幅图像显示了一个椭圆星系(左)和一个螺旋星系(右)，包括来自詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外光，以及来自哈勃太空望远镜的紫外光和可见光。鸣谢:美国国家航空航天局、欧空局、加空局、罗杰·温德霍斯特(亚利桑那州立大学)、威廉·基尔(阿拉巴马大学)、斯图尔特·怀斯(墨尔本大学)、JWST珍珠队、艾丽莎·帕甘(STScI)。

银河系是超银河平面的一部分，超银河平面包含几个大质量星系团和数千个独立星系。这里发现的绝大多数星系都是椭圆星系。

研究小组使用了SIBELIUS(超越本地宇宙的模拟)超级计算机模拟，该模拟跟踪了从早期宇宙到现在超过138亿年的宇宙演化。

虽然大多数宇宙学模拟都考虑了宇宙的随机碎片，这些碎片无法直接与观测结果进行比较，但西贝柳斯的目标是精确再现观测到的结构，包括超银河平面。最终的模拟与通过望远镜对我们宇宙的观察非常一致。

研究合著者、杜伦大学计算宇宙学研究所奥格登基础物理学教授卡洛斯·弗伦克(Carlos Frenk)教授表示，“超银河平面中星系的分布确实令人瞩目。

“这是罕见的，但不是完全的异常:我们的模拟揭示了星系形成的亲密细节，如通过星系合并将螺旋转化为椭圆。

“此外，模拟显示，我们的标准宇宙模型，基于其大部分质量是冷暗物质的想法，可以再现宇宙中最引人注目的结构，包括银河系是其中一部分的壮观结构。”



2MASS巡天观测到的(左图)和西贝柳斯模拟再现的(右图)本地宇宙中最亮星系的分布。两个面板都显示了超银河坐标中的投影，最大误差约为1亿帕秒(Mpc)。几乎垂直的空条纹代表隐藏在我们银河系后面的天空区域。模拟精确地再现了在局部宇宙中看到的结构。鸣谢:蒂尔·萨瓦拉博士

自20世纪60年代以来，人们就知道当地宇宙中螺旋星系和椭圆星系的奇特分离，这在最近由著名宇宙学家和2019年诺贝尔奖得主吉姆·皮布尔斯教授编制的“宇宙异常”列表中占有突出地位。

研究的主要作者Till Sawala博士是杜伦大学和赫尔辛基大学的博士后研究员，他说:“一个偶然的机会，我被邀请参加去年12月在杜伦举行的纪念Jim Peebles的研讨会，他在演讲中提出了这个问题。

“我意识到我们已经完成了一个可能包含答案的模拟。我们的研究表明，星系演化的已知机制也在这种独特的宇宙环境中发挥作用。”

超级计算机模拟是在宇宙机器(COSMA 8)超级计算机上进行的，该计算机由杜伦大学计算宇宙学研究所代表英国的DiRAC高性能计算设施主持，并在芬兰的CSC的Mahti超级计算机上进行。