在我們生活的銀河系中，地球只是一個(gè)毫不起眼的塵埃。對(duì)于普通人來說，銀河系是大是小、周圍“鄰居”多不多、星系空間是否“擁堵”都與我們關(guān)系不大，但這些卻深深地吸引著天文學(xué)家的目光。因?yàn)樾窍挡煌匦缘谋澈螅芸赡芴N(yùn)藏著其形成的線索。

事實(shí)上，星系與星系之間差別很大，有的星系內(nèi)部極端緊湊、有的星系則松松垮垮，這些“奇怪”的星系是如何形成的?一直以來科學(xué)家都在尋找答案。9月10日，一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)》雜志上的論文，或許能夠幫助我們進(jìn)一步揭示這些極端星系的成因。

迄今最大超致密矮星系樣本

“超致密矮星系(UCDs)是一類2000年左右才被發(fā)現(xiàn)的天體。”該論文第一作者、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副研究員劉成則在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，超致密矮星系的質(zhì)量和大小介于星團(tuán)和矮星系之間，填補(bǔ)了星團(tuán)和矮星系之間的空白，因其內(nèi)部恒星系統(tǒng)極端致密而得名。超彌散星系(UDGs)則是星系里的另一種極端——其恒星系統(tǒng)松散，密度非常低，同樣是最近的研究熱點(diǎn)。

和銀河系這樣的旋渦星系相比，受限于觀測(cè)設(shè)備和條件，無論是超致密矮星系還是超彌散星系，觀測(cè)樣本都非常小，這就給研究極端密度星系帶來了客觀的困難。

作為星系里的“少數(shù)派”，科學(xué)家又是如何判斷它們的大小或密度呢?劉成則介紹道，如果星系處在相似的距離上，天文學(xué)上一般用星系的張角來判斷星系的大小。星系的張角與其距離成反比，一個(gè)星系，離我們?cè)竭h(yuǎn)，它的張角也就越小。超致密矮星系的典型物理尺度為25秒差距左右，如果想觀測(cè)室女星系團(tuán)里的超致密矮星系，相當(dāng)于在烏魯木齊觀察上海東方明珠上的一枚硬幣。

而星系的密度一般很難直接觀測(cè)到，天文學(xué)家通常用面亮度，即單位面積上星系的亮度來判斷星系的密度。面亮度越亮，星系的密度越高，反之則密度越低。

在此次研究中，研究人員利用下一代室女星系團(tuán)巡天(NGVS)的數(shù)據(jù)，在室女星系團(tuán)內(nèi)尋找到600多個(gè)超致密矮星系，這也是迄今最大的超致密矮星系樣本，同時(shí)也是第一個(gè)在星系團(tuán)尺度上完備的超致密矮星系樣本。

劉成則表示，大樣本量具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是可以進(jìn)行可靠的統(tǒng)計(jì)分析，二是有更大概率找到具有特殊性質(zhì)的超致密矮星系，這對(duì)研究超致密矮星系的起源有著重要的意義。

極端密度來源于星系并合

與其他星系相比，這些在密度上極端不同的星系還有哪些奇怪的特征?“每一類型的星系都有各自的特點(diǎn)。除密度外，超致密矮星系和超彌散星系的暗物質(zhì)含量也與其他星系不同。”劉成則解釋道，目前主流觀點(diǎn)都認(rèn)為星系處在暗物質(zhì)暈中，但是超致密矮星系至今沒有發(fā)現(xiàn)有暗物質(zhì)的證據(jù)。而超彌散星系的情況更復(fù)雜，有些暗物質(zhì)含量超高，比如有的超彌散星系大小和總質(zhì)量與銀河系相當(dāng)，但是其恒星質(zhì)量卻只有銀河系的1%。也有一些超彌散星系沒有觀測(cè)到暗物質(zhì)。

作為宇宙中已知最致密的星系，超致密矮星系確實(shí)有些與眾不同。此前就有報(bào)道稱，天文學(xué)家首次在超致密矮星系中心發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量約為2100萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。最小星系卻擁有超大質(zhì)量黑洞，刷新了人們的認(rèn)知。

此次研究還發(fā)現(xiàn)，有些超致密矮星系被暗弱的恒星暈包圍;少數(shù)超致密矮星系還保留有潮汐尾等星系并合期間產(chǎn)生的結(jié)構(gòu);并發(fā)現(xiàn)了從普通矮星系到超致密矮星系的形態(tài)演化序列……“這些研究結(jié)果均表明超致密矮星系可能起源于質(zhì)量更大的星系，這些星系的外層在并合過程中被剝離，剩下的星系核即為我們現(xiàn)在觀測(cè)到的超致密矮星系。”劉成則解釋道，星系的并合過程與所處環(huán)境密切相關(guān)，環(huán)境密度越高，發(fā)生并合的概率越大。而研究人員在室女星系團(tuán)內(nèi)發(fā)現(xiàn)超致密矮星系和超彌散星系都傾向于集中在星系團(tuán)核心等致密環(huán)境，也進(jìn)一步印證了它們的形成與所處環(huán)境及星系的相互作用有密切的關(guān)系。

劉成則表示，現(xiàn)今的星系形成和演化模型還有待完善，而超致密矮星系和超彌散星系這兩類極端性質(zhì)星系，是星系形成和演化圖景的兩塊拼圖，相關(guān)研究對(duì)完善星系形成和演化的整體框架有重要意義。(記者 盛 利)