红色与蓝色：天文学家确定了罕见的孤独矮星系的起源

研究结果为在宇宙更安静、更空旷的区域寻找此类系统提供了蓝图。

根据定义，矮星系小而暗淡，只有银河系和其他星系中发现的恒星的一小部分。

然而，矮星中也有巨人：超扩散星系或 UDG 是包含相对较少恒星但分散在广阔区域的矮星系。

由于它们是如此弥散，这些系统很难被发现，尽管大多数被发现隐藏在更大、更亮的星系团中。

现在，来自麻省理工学院、加州大学河滨分校和其他地方的天文学家已经使用详细的模拟来探测“淬火”的 UDGs——一种已经停止产生恒星的罕见矮星系。

他们在模拟中确定了几个这样的系统，发现星系不是成群结队的，而是被放逐在空洞中——宇宙中安静、几乎空无一物的区域。

这种隔离与天文学家关于淬灭的 UDG 应该如何形成的预测背道而驰。

因此，该团队使用相同的模拟来倒回矮人系统的进化，并确切了解它们是如何形成的。

研究人员发现，淬灭的 UDG 可能会聚结在具有异常高角动量的暗物质晕中。

就像棉花糖机器一样，这种极端环境可能会产生异常伸展的矮星系。

这些 UDG 然后在星系团内演化，就像大多数 UDG 一样。

但是星团内的相互作用可能将矮人抛入虚空，使它们具有宽阔的、类似回旋镖的轨迹，称为“后飞溅”轨道。

在这个过程中，星系的气体被剥离，使星系“淬火”，无法产生新的恒星。

模拟表明，这种 UDG 应该比观察到的更常见。

研究人员说，他们今天发表在《自然天文学》上的结果为天文学家提供了一个蓝图，可以在宇宙的空隙中寻找这些侏儒巨星。

麻省理工学院物理学副教授马克·沃格尔斯伯格 （Mark Vogelsberger） 说：“我们一直努力就我们在宇宙中拥有的星系达成完全共识。

” “这项研究增加了模拟实际预测的新星系群。

我们现在必须在真实的宇宙中寻找它们。

Vogelsberger 与加州大学河滨分校的 Laura Sales 和阿根廷理论与实验天文学研究所的 José A. Benavides 共同领导了这项研究。

红色与蓝色

该团队寻找淬灭的 UDG 始于对 UDG 卫星的简单调查——位于星系团外的超扩散系统。

天文学家预测星团内的 UDG 应该被淬灭，因为它们将被其他星系包围，这些星系基本上会擦掉 UDG 已经扩散的气体并关闭恒星的产生。

星团中淬灭的 UDG 应该主要由老恒星组成，并且呈现红色。

如果 UDG 存在于星团外，在虚空中，预计它们将继续产生恒星，因为不会有来自其他星系的竞争气体来熄灭它们。

因此，虚空中的 UDG 预计会充满新的恒星，并呈现蓝色。

当该团队调查之前对 UDG 卫星的探测时，在星团外，他们发现大多数都是蓝色的，正如预期的那样——但也有一些是红色的。

“这就是引起我们注意的地方，”Sales 说。

“我们想，‘他们在那里做什么？他们是如何形成的？没有很好的解释。

为了找到一个，研究人员查看了 TNG50，这是一种由 Vogelsberger 和麻省理工学院和其他地方的其他人开发的对星系形成的详细宇宙学模拟。

该模拟在世界上一些最强大的超级计算机上运行，旨在进化大量宇宙，从类似于大爆炸后不久的条件到今天。

该模拟基于物理学的基本原理以及物质与气体之间复杂的相互作用，其结果已在许多场景中显示出来，与天文学家在实际宇宙中观察到的结果一致。

因此，TNG50 已被用作多种类型星系如何以及在何处随时间演化的准确模型。

在他们的新研究中，Vogelsberger、Sales 和 Benavides 使用 TNG50 首先看看他们是否可以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立方体开始，然后进行模拟，直到今天。

然后他们专门在模拟中搜索了空隙中的 UDG，发现他们检测到的大部分都是蓝色的，正如预期的那样。

但是一个令人惊讶的数字——大约 25％——是红色的，或者说淬火了。

他们将注意力集中在这些红色卫星矮星上，并使用相同的模拟，这次是作为一种时间机器来查看这些星系的起源方式、时间和地点。

他们发现这些系统最初是星团的一部分，但不知何故被扔到了虚空中，在一个更椭圆的、“后飞溅”的轨道上。

“这些轨道几乎就像我们太阳系中彗星的轨道，”Sales 说。

“有些人出去并绕回轨道，而另一些人可能会进来一次，然后再也不会进来。

对于淬火的 UDG，因为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。

他们仍然在现场。

模拟还表明，淬灭的 UDG 的红色是由于它们的喷射而产生的——这是一个剧烈的过程，剥离了星系的恒星形成气体，使其淬灭并呈红色。

该团队进一步进行模拟，观察到这些微小系统与所有星系一样，起源于暗物质晕，在那里气体合并成星系盘。

但是对于淬灭的 UDG，光晕似乎比正常情况旋转得更快，从而产生拉伸的、超扩散的星系。

现在研究人员已经更好地了解淬灭的 UDG 在哪里以及如何出现，他们希望天文学家可以利用他们的结果来调整望远镜，以识别更多这样的孤立红矮星——模拟表明，这些红矮星潜伏的数量肯定比天文学家所拥有的要多。

“令人惊讶的是，模拟真的可以产生所有这些非常小的物体。

”Vogelsberger 说。

“我们预测那里应该有更多这样的星系。

这使我们的工作非常令人兴奋。