银河快报

银河系里到底有多少个小星系?前阵子我盯着银河照片发呆,忽然冒出了这个问题

说出来你可能不信,小时候我总觉得银河系就是宇宙的全部,后来才知道,它也不过是茫茫宇宙里一个中等规模的星系罢了,更让我意外的是,银河系周围居然还跟着一群“小弟”——几十个矮星系围着它转,像极了带着一群娃逛街的老母亲。

银河系里到底有多少个小星系?前阵子我盯着银河照片发呆,忽然冒出了这个问题

先弄清楚一个概念:什么叫“小星系”

聊这个之前得把定义掰扯明白,天文学里没有“小星系”这个官方术语,大家平时说的小星系,其实指的就是矮星系——恒星数量少、质量小、表面亮度低的那种星系,跟咱们银河系这种拥有千亿颗恒星的大家伙比起来,矮星系通常只有几百万到几十亿颗恒星,直径也不过几千光年,有些甚至比一个大的球状星团大不了多少。

如果把银河系比作一个大城市,那矮星系就是散布在郊区的小镇子,它们的结构往往很松散,有些看着模模糊糊一片,早些年天文观测手段不够强的时候,很容易被误认成普通的星云。

目前已知的数字:超过60个

截至2024年底,天文学家已经确认银河系周围有超过60个矮星系属于它的卫星系统,比较有名的包括大小麦哲伦云、人马座矮椭球星系、大犬座矮星系、天龙座矮星系等等,这里面大小麦哲伦云肉眼在南半球就能看到,当年麦哲伦环球航行的时候水手们就注意到了这两团“云”,还以为是天空的补丁。

这个数字并不是固定的,因为每年都有新发现,尤其是2015年之后,随着暗能量巡天、盖亚卫星和韦布空间望远镜的数据陆续释出,研究人员一口气又发现了十几个极其暗淡的矮星系,它们被称为“超暗淡矮星系”,亮度低到令人发指的程度——有些甚至比一颗亮星的总光度还少,要不是现代计算机算法帮忙筛选,光靠人眼根本找不出来。

星系名称类型距离(光年)特点
大麦哲伦云不规则矮星系约16万肉眼可见,正在与银河系相互作用
小麦哲伦云不规则矮星系约20万形态被潮汐力严重扭曲
人马座矮椭球星系矮椭球星系约7万正在被银河系撕裂瓦解
大犬座矮星系矮不规则星系约2.5万距银心最近的已知矮星系
天龙座矮星系矮椭球星系约26万暗物质占比极高

预测的数字:可能超过500个

读到这里你可能会想,60多个也不算特别多嘛,但天文学家们普遍认为,这大概只是冰山一角,根据标准宇宙学模型——也就是大家常说的ΛCDM模型——像银河系这个级别的星系周围,理论上应该存在至少500个以上的矮星系暗物质晕,暗物质晕你可以理解成一个星系形成的“地基”,如果这个地基上确实长出了恒星,那它就成为一个可见的矮星系;如果没长出恒星,那就只是一个完全黑暗的暗物质子结构,我们根本看不到。

这中间巨大的数字差距,就是天文学界吵了很多年的“矮星系缺失问题”,要么是我们现有的理论模型高估了数量,要么就是绝大部分矮星系实在太暗了,暗到目前的望远镜压根捕捉不到,我比较倾向于后一种解释——毕竟过去十年里每次观测技术进步一点,总能蹦出来几个新发现,这趋势看着还没到头。

银河系里到底有多少个小星系?前阵子我盯着银河照片发呆,忽然冒出了这个问题

围绕银河系的小星系有哪些主要类型

这些矮星系并不是同一个模子刻出来的,大致可以分成三类:

  • 矮椭球星系:最暗最不起眼的一类,形状像一团模糊的光晕,几乎没有气体和新生恒星,像是“熄火”了的老星系,天龙座矮星系和玉夫座矮星系都属于这种。
  • 矮不规则星系:形态乱七八糟的,富含气体,内部还有恒星形成活动,大小麦哲伦云就是典型代表,里面还有不少年轻亮星。
  • 超暗淡矮星系:这是近十几年才被命名的新类别,光度低到离谱,恒星总数可能只有几百到几千颗,有些甚至被戏称为“星系和星团的混合体”。

它们是怎么来的?跟银河系什么关系

这些矮星系的起源大概有两条路,一部分是宇宙早期跟银河系一起在同一个密度高点附近形成的,算是一起长大的“青梅竹马”,另一部分则是后来被银河系的引力俘获的,本来在别处安安静静过着小日子,结果路过银河系附近的时候被拽进了轨道,成了卫星星系。

你可别以为当卫星星系是什么好事,银河系的潮汐力对它们来说简直是一场噩梦,大型卫星星系会被引力反复拉扯,气体被剥离,恒星被扯成一条长带子,人马座矮椭球星系就是正在被肢解的典型,它已经被拉成了一条环绕银河系好几圈的恒星流,再过几十亿年,它会彻底消失,恒星散落到银河系的晕里,想到这里我甚至有点同情它。

说回最初的问题

所以银河系里到底有多少小星系?小星系并不“在”银河系里面,它们是围绕银河系运转的独立星系,已知确认的有60多个,理论预测至少500个以上,真实的数字很可能介于两者之间,偏向高的一侧。

前几天我跟一个做天文的朋友聊起这事,他说了一句让我印象很深的话:“咱们对银河系周围矮星系的了解,大概相当于19世纪的人对非洲内陆的了解——地图上画了个轮廓,但细节全是一团迷雾。”这话不夸张,毕竟我们连银河系自己长什么样都还没完全搞清楚呢。

参考文献: Simon, J. D. (2019). The Faintest Dwarf Galaxies, Annual Review of Astronomy and Astrophysics;Drlica-Wagner, A. et al. (2020). Milky Way Satellite Census, The Astrophysical Journal

关键词: