【原】最新研究：仙女座星系不對(duì)勁，它挑戰(zhàn)了我們的宇宙學(xué)

魅力科學(xué)君 2025-04-25 發(fā)布于四川

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大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們要聊的話題是：一項(xiàng)近日發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上的最新研究表明，仙女座星系不對(duì)勁，它挑戰(zhàn)了我們的宇宙學(xué)。好的，咱們不說(shuō)廢話，這就開(kāi)講。

仙女座星系（Andromeda Galaxy）距離我們大約254光年，是本星系群中最大的星系，其直徑約為22萬(wàn)光年，擁有的恒星數(shù)量可達(dá)上萬(wàn)億顆，在觀測(cè)條件良好的情況下，我們僅憑肉眼就可以在地球的夜空中看到它。

早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)仙女座星系擁有不少的衛(wèi)星星系（satellite galaxies），但由于觀測(cè)水平的限制，科學(xué)家對(duì)它們的了解其實(shí)并不多，直到進(jìn)入21世紀(jì)后，相關(guān)的研究才逐漸得以展開(kāi)。

實(shí)際上，此次研究的對(duì)象正是仙女座星系的這些衛(wèi)星星系，根據(jù)介紹，此次研究還包含了多個(gè)此前沒(méi)有被觀測(cè)到的衛(wèi)星星系。

在經(jīng)過(guò)深入的研究后，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，仙女座星系的衛(wèi)星星系分布得很不對(duì)稱(chēng)——在它們之中，有超過(guò)80%的衛(wèi)星星系都集中在天球上大約107度的范圍內(nèi)，而且這個(gè)密集區(qū)域恰好指向我們所在的銀河系（如下圖所示，箭頭所指方向即銀河系）。

研究人員指出，這些衛(wèi)星星系應(yīng)該是仙女座星系在過(guò)去捕獲到的矮星系，或者是被仙女座星系吞噬掉的一些小星系留下的“碎片”。

而根據(jù)科學(xué)界普遍認(rèn)同的主流宇宙學(xué)模型——ΛCDM模型（Lambda-CDM model），這個(gè)“捕獲”或“吞噬”的過(guò)程應(yīng)該是相當(dāng)混亂和隨機(jī)的。

從理論上來(lái)講，來(lái)自宇宙不同方向、經(jīng)歷了不同“捕獲”或“吞噬”歷史的衛(wèi)星星系，最終圍繞著仙女座星系穩(wěn)定分布時(shí)，應(yīng)該在整體上呈現(xiàn)出一種大致均勻、接近球狀的形態(tài)，所以仙女座星系的實(shí)際情況，就顯得極不尋常。

為了量化這種不尋常程度，研究人員進(jìn)行了大量ΛCDM模型的宇宙學(xué)模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬中出現(xiàn)類(lèi)似仙女座星系這種極端不對(duì)稱(chēng)分布的概率低于0.3%。

但這還沒(méi)完，因?yàn)檠芯咳藛T發(fā)現(xiàn)，仙女座星系的衛(wèi)星星系還有另一個(gè)極不尋常的特征：差不多有一半的衛(wèi)星星系都分布在一個(gè)“薄而旋轉(zhuǎn)”的平面上，類(lèi)似于行星繞恒星公轉(zhuǎn)的軌道平面。

（↑圖中的圓形表示位于平面上的衛(wèi)星星系，三角形則沒(méi)有在這個(gè)平面上）

需要知道的是，這樣的分布在ΛCDM模型的模擬中同樣極為罕見(jiàn)，而此次研究表明，像仙女座星系周?chē)@種包含眾多成員且如此扁平的結(jié)構(gòu)，在模型預(yù)測(cè)中幾乎不可能存在。

研究人員表示，仙女座星系的這些衛(wèi)星星系，同時(shí)出現(xiàn)了兩種極不尋常特征，而這樣的“組合”，在主流宇宙學(xué)模型框架下，很難對(duì)其進(jìn)行合理的解釋。

例如我們可以猜測(cè)，這些衛(wèi)星星系可能并非單獨(dú)被捕獲，而是在早期宇宙中，沿著“宇宙網(wǎng)”的纖維狀結(jié)構(gòu)，以一個(gè)緊密的星系群形式“組團(tuán)”墜落到仙女座星系的引力勢(shì)阱中，但這種結(jié)構(gòu)如何在隨后數(shù)十億年的時(shí)間里不被瓦解而保持穩(wěn)定，仍是現(xiàn)有理論難以解決的問(wèn)題。

又比如說(shuō)，我們可以猜測(cè)，這可能是銀河系的引力造成的，但分析結(jié)果表明，銀河系的引力不足以對(duì)仙女座星系的衛(wèi)星星系造成如此顯著的影響，除此之外，銀河系的引力也無(wú)法長(zhǎng)期維持它們的這種奇特的分布。