“宇宙异常”——科学家解开了数十年之久的超级银河之谜

为什么超大质量星系面大多充满一种类型的星系？ 这个长期存在的天文谜团可能终于得到解答。

这 银河系 银河系是我们的宇宙家园，位于一个被称为本地超星系团的广阔区域内。 这个巨大的结构包括许多巨大的星系团和许多单独的星系。 该超星系团呈煎饼状，宽度近10亿光年，赢得了银河超级星系团的称号。

宇宙中的大多数星系分为两类：第一类是椭圆星系，主要由老恒星组成，通常包含非常大的中心黑洞；第二类是活跃的恒星形成盘星系，具有类似于银河系的螺旋结构。方式。 方法。 这两种类型的星系也在本超星系团中被发现，但是虽然超星系平面充满了明亮的椭圆星系，但明亮的盘状星系却明显缺失。

宇宙异常挑战宇宙学的标准模型

当地宇宙中这种奇怪的星系分离现象自 20 世纪 60 年代以来就为人所知，在著名宇宙学家、2019 年诺贝尔奖获得者吉姆·皮布尔斯 (Jim Peebles) 最近编制的“宇宙异常”清单中占据了显着位置。

现在，由赫尔辛基大学天体物理学家蒂尔·萨瓦拉和彼得·约翰逊领导的国际团队似乎找到了解释。 在发表于的一篇文章中 自然天文学它显示了椭圆星系和盘星系的不同分布是如何由于星系超平面内外的不同环境而自然产生的。

在图像中赤道上的超星系平面上，星系经历频繁的相互作用和合并，导致形成巨大的椭圆星系。 相比之下，远离平面的星系在相对隔离的情况下演化，使它们能够保持其盘状结构。 图片来源：Even Swala

“在超大质量星系平面上发现的密集星系团中，星系经历频繁的相互作用和合并，导致椭圆星系的形成和超大质量黑洞的生长。相反，远离平面，星系可以相对孤立地演化，这有助于它们保持其螺旋结构。

在他们的工作中，该团队使用了西贝柳斯模拟（局部元宇宙模拟），该模拟追踪了宇宙从早期宇宙到现在 138 亿年的演化。 它在英国的超级计算机和芬兰的 CSC Mahti 超级计算机上运行。

宇宙学的影响和未来方向

虽然大多数类似的模拟都考虑了无法与观测结果直接比较的宇宙随机斑块，但西贝柳斯的模拟旨在准确地再现观测到的结构，包括局部超星系团。 最终的模拟结果与观察结果非常吻合。

“去年 12 月，我偶然受邀参加一个纪念吉姆·皮布尔斯 (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可能包含答案的模拟，”蒂尔·索阿拉评论道。 “我们的研究表明，已知的星系演化机制也在这种独特的宇宙环境中发挥作用。”

赫尔辛基大学库姆布拉校区毗邻物理系，有一座大型雕塑，展示了当地巨星团中星系的分布。 它们是由英国宇宙学家卡洛斯·弗伦克 (Carlos Frenk) 在 20 年前开设的，他是这项新研究的合著者之一。 “本地超星系团中星系的分布确实令人着迷，”弗林克谈到新结果时说道。 “但这并不是异常：我们的结果表明，我们的暗物质标准模型可以产生宇宙中最令人惊奇的结构。”

参考文献：Till Sawalla、Carlos Frink、Jens Jaschi、Peter H. Johansson 和 Guillem Lavaux 的“本地超星系团中椭圆形和盘状星系的独特分布作为 ΛCDM 的预测”，2023 年 11 月 20 日， 自然天文学。
号码：10.1038/s41550-023-02130-6