天文学家发布新的银河系外太空全天候地图

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天文学家利用来自NASA和ESA（欧洲航天局）望远镜的数据发布了我们银河系最外层区域的全新全天候地图。该区域被称为银河系光晕，位于形成银河系可识别中心盘的旋涡形旋臂的外部，并且稀疏地分布着恒星。尽管光环可能看起来大部分是空的，但据预测它还会包含大量的暗物质，这是一种神秘且看不见的物质，被认为构成了宇宙中所有物质的大部分

新地图的数据来自ESA的Gaia任务和NASA的近地物体广域红外测量浏览器（NEOWISE），其名称为WISE，于2009年至2013年运行。这项研究是由天体物理学中心的天文学家领导的。哈佛和史密森学会（Harvard＆Smithsonian）于今天在《自然》杂志上发表，该文章利用了航天器在2009年至2018年之间收集的数据。

新地图揭示了一个名为大麦哲伦星云（LMC）的小星系-之所以命名，是因为它是绕银河系运行的两个矮星系中的较大星系-像一艘船一样在水，重力的作用下穿越银河系的银河系在星空中唤醒在它后面。LMC位于距地球约160,000光年的地方，不到银河系质量的四分之一。尽管对光晕的内部进行了高精度绘制，但这是第一张提供类似光晕外围区域图像的地图，发现了尾迹-从银河系大约200,000光年到325,000光年中央。先前的研究暗示了尾流的存在，但是全天候地图确认了尾流的存在，并提供了其形状，大小和位置的详细视图。

光晕的这种干扰还为天文学家提供了研究他们无法直接观察到的东西：暗物质的机会。尽管它不发射，反射或吸收光，但在整个宇宙中都观察到了暗物质的引力影响。人们认为会在上面建立一个星系的脚手架，如果没有它，星系在旋转时会飞散开来。据估计，在宇宙中，暗物质比所有发射或与光相互作用的物质（从恒星到行星再到气体云）的普遍性高五倍。

尽管关于暗物质性质的理论有多种，但所有这些都表明暗物质应该存在于银河系的光环中。如果真是这样，那么当LMC在该区域航行时，它也应该在暗物质中留下痕迹。在新的恒星图中观测到的苏醒被认为是暗物质苏醒的轮廓。星星就像这片看不见的海洋表面上的叶子，它们的位置随着暗物质而移动。

暗物质和麦哲伦星云之间的相互作用对我们的银河系具有重大影响。当LMC绕银河系行驶时，暗物质的重力会拖曳LMC并使其减速。这将导致矮星系的轨道越来越小，直到大约20亿年后银河系最终与银河相撞。这些类型的合并可能是整个宇宙中庞大星系增长的主要驱动力。实际上，天文学家认为银河系与大约100亿年前的另一个小星系合并了。

哈佛大学天文学研究生，新论文的合著者罗汉·奈杜说：“抢劫一个较小的星系的能量，不仅是LMC与银河系合并的原因，而且是所有银河系合并发生的原因。” 。“我们地图中的唤醒确实证实了我们关于星系合并的基本情况已经到来！”

新地图揭示了一个名为大麦哲伦星云（LMC）的小星系-之所以命名，是因为它是绕银河系运行的两个矮星系中的较大星系-像一艘船一样在水，重力的作用下穿越银河系的银河系光晕在背后的星星中创造出一道光芒。LMC位于距地球约160,000光年的地方，不到银河系质量的四分之一。尽管光晕的内部已经高精度地绘制了地图，但这是第一张提供光晕外围区域相似图片的地图，发现了尾迹-从银河系大约200,000光年到325,000光年中央。先前的研究暗示了尾流的存在，但是全天候地图确认了尾流的存在，并提供了其形状，大小和位置的详细视图。信用：NASA / JPL-Caltech / NSF / R。伤害/ N。Garavito-Camargo和G.Besla

难得的机会

该论文的作者还认为，新的图谱以及其他数据和理论分析，可以为暗物质性质的不同理论提供检验，例如暗物质是否由诸如规则物质之类的颗粒组成，以及暗物质的性质如何。

研究合著者，哈佛大学教授，天体物理学中心的天文学家查理·康罗伊（Charlie Conroy）说：“你可以想像，如果船在水中或蜂蜜中航行，船后的尾波会有所不同。” “在这种情况下，尾波的性质取决于我们采用的暗物质理论。”

康洛（Conroy）领导的团队绘制了晕圈中1,300颗恒星的位置图。尝试测量从地球到大部分恒星的确切距离时面临的挑战是：通常很难弄清恒星是微弱，接近还是明亮或遥远。该团队使用了来自ESA盖亚任务的数据，该任务提供了天空中许多恒星的位置，但无法测量与银河系外围区域中恒星的距离。

在确定了最有可能位于光晕中的恒星（因为它们显然不在我们的银河系或LMC内部）之后，研究小组寻找了属于一类巨星的恒星，这些巨星具有NEOWISE可检测到的特定光“特征”。了解选定恒星的基本属性后，团队便能够确定它们与地球的距离并创建新的地图。它绘制了一个距离银河系中心约200,000光年的区域，或预测到LMC的苏醒开始的区域，并超出了该区域约125,000光年。

在了解到图森亚利桑那大学的一组天体物理学家后，康罗伊和他的同事受到启发去寻找LMC的踪迹，他们制作了计算机模型来预测银河晕中的暗物质应该是什么样子。这两个小组共同开展了这项新研究。在这项新研究中，亚利桑那团队的一种模型预测了新地图中揭示的恒星苏醒的总体结构和特定位置。一旦数据确认了模型是正确的，研究小组就可以确认其他调查也暗示了什么：LMC可能在银河系的第一个轨道上。如果较小的星系已经绕过多个轨道，那么尾流的形状和位置将与已观察到的明显不同。天文学家认为，LMC是在与银河系和附近另一个银河系M31相同的环境中形成的，并且处于围绕我们银河系的很长的第一轨道（约130亿年）。由于它与银河系的相互作用，它的下一个轨道将短得多。

亚利桑那大学天文学博士NicolásGaravito-Camargo说：“通过观测数据证实了我们的理论预测，这说明我们对包括暗物质在内的两个星系之间相互作用的理解是正确的。”本文中使用的模型。

新地图还为天文学家提供了难得的机会来测试我们自己银河系中暗物质（名义上的水或蜂蜜）的特性。在这项新研究中，Garavito-Camargo及其同事使用了一种流行的暗物质理论，即冷暗物质，该理论相对较好地拟合了观测到的星图。现在，亚利桑那大学团队正在运行使用不同暗物质理论的模拟，以查看哪一种与恒星中观测到的尾波最匹配。

该研究的合著者，亚利桑那大学副教授古尔蒂娜·贝斯拉（Gurtina Besla）表示：“这是一组非常特殊的情况，共同创造了这种情况，使我们能够检验暗物质理论。” “但是我们只能结合使用此新图和我们构建的暗物质模拟来实现该测试。”

更多信息： Conroy，C.，Naidu，RP，Garavito-Camargo，N.等。银河光晕对大麦哲伦星云的全天候动力响应。自然592，534–536（2021）。doi.org/10.1038/s41586-021-03385-7

期刊信息： 自然 

由 哈佛史密森天体物理学中心提供