天体物理学家解开困扰数十年之久的星系分隔现象的成因
为什么巨大的超星系平面主要充满了单一类型的星系？这个由来已久的天文之谜终于有可能解开了。银河系是我们的宇宙家园，它坐落在被称为本星系超星系团的广袤大地上。这个巨大的结构包括无数巨大的星系团和众多的单个星系。超星系团的特征是其薄饼状构造，宽度接近 10 亿光年，因此被称为超星系平面。
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，通常包含质量极大的中央黑洞；第二类是活跃的恒星形成盘状星系，具有类似银河系的螺旋状结构。本地超星系团中也存在这两类星系，但是当超星系平面上充满明亮的椭圆星系时，却明显缺少明亮的盘状星系。
自 20 世纪 60 年代以来，人们就知道本宇宙中存在这种奇特的星系分隔现象，著名宇宙学家、2019 年诺贝尔奖获得者吉姆-皮布尔斯（Jim Peebles）最近编制的一份"宇宙异常"列表中，这种现象赫然在目。
现在，赫尔辛基大学天体物理学家蒂尔-萨瓦拉（Till Sawala）和彼得-约翰森（Peter Johansson）领导的一个国际团队似乎找到了解释。他们在发表于《自然-天文学》（Nature Astronomy）的一篇文章中，展示了椭圆星系和盘状星系的不同分布是如何因超银河系平面内外的不同环境而自然产生的。
超级银河系平面位于图片的赤道上，在这个平面内，星系频繁地发生相互作用和合并，从而形成了大质量的椭圆星系。相比之下，远离超银河系平面的星系则在相对孤立的环境中演化，从而得以保持其盘状结构。资料来源：蒂尔-萨瓦拉
"在超星系平面上的密集星系团中，星系会频繁地发生相互作用和合并，从而形成椭圆星系，并生长出超大质量黑洞。相比之下，远离超银河系平面的星系可以在相对孤立的环境中演化，这有助于它们保持螺旋结构，"蒂尔-萨瓦拉说。
在他们的工作中，研究小组利用了 SIBELIUS（本地宇宙之外的模拟）模拟，该模拟追踪了从早期宇宙到现在 138 亿年的宇宙演化过程。它在英国的超级计算机和芬兰的 CSC Mahti 超级计算机上运行。
大多数类似的模拟考虑的是宇宙的随机片段，无法直接与观测结果进行比较，而 SIBELIUS 模拟旨在精确地再现观测到的结构，包括本地超星系团。最终的模拟结果与观测结果惊人地一致。
"去年12月，一个偶然的机会，我受邀参加了纪念吉姆-皮布尔斯的研讨会，他在演讲中介绍了这个问题。我意识到我们已经完成了一个模拟，其中可能包含了答案，"Till Sawala 评论说。"我们的研究表明，已知的星系演化机制在这种独特的宇宙环境中也能发挥作用。"
在物理系旁边，赫尔辛基大学昆普拉校区有一座大型雕像，展示了本超星系团中星系的分布情况。这座雕像是由英国宇宙学家卡洛斯-弗伦克（Carlos Frenk）在20年前主持落成的，他也是这项新研究的共同作者之一。"
弗伦克在谈到这项新成果时说："星系在本地超星系团中的分布确实令人瞩目。但这并不是反常现象，我们的研究结果表明，我们的暗物质标准模型能够产生宇宙中最显著的结构"。
参考文献：Till Sawala、Carlos Frenk、Jens Jasche、Peter H. Johansson和Guilhem Lavaux合著的《椭圆星系和盘状星系在本超星系团中的不同分布是ΛCDM的预言》，2023年11月20日，《自然-天文学》。
DOI: 10.1038/s41550-023-02130-6
编译来源：ScitechDaily
