由薩里大學(xué)牽頭的最新研究論文在《自然》雜志發(fā)表，天文學(xué)家們宣布借助高精度宇宙模擬首次解開(kāi)了球狀星團(tuán)的形成之謎，同時(shí)揭示銀河系內(nèi)或已存在一種此前未被發(fā)現(xiàn)的古老恒星系統(tǒng)類別。

在高分辨率的EDGE模擬中，球狀星團(tuán)（白色星團(tuán)）自然形成。這些模擬還預(yù)測(cè)了一類新型天體的存在：類球狀星團(tuán)矮星系。這類新天體的形成機(jī)制與球狀星團(tuán)相似，但它們存在于自身的暗物質(zhì)暈中。鄰近的網(wǎng)狀星系II矮星系可能正是這樣一個(gè)隱藏在我們宇宙后院中的物體。若果真如此，它將為暗物質(zhì)的本質(zhì)提供前所未有的約束條件，并為追尋首批無(wú)金屬恒星開(kāi)辟新天地。圖片來(lái)源：薩里大學(xué)，馬特·奧克尼、安德魯·龐岑與伊?！ぬ├?/p>

球狀星團(tuán)是宇宙中最古老、最致密的恒星系統(tǒng)之一，往往聚集成數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)顆恒星，環(huán)繞更大星系（如銀河系）運(yùn)行。不同于典型星系，球狀星團(tuán)幾乎不含暗物質(zhì)，恒星年齡和化學(xué)成分極為一致，這一特性自17世紀(jì)以來(lái)一直困擾著天文學(xué)家。

為破解謎題，薩里大學(xué)科學(xué)家利用EDGE虛擬宇宙進(jìn)行超高分辨率模擬，追蹤了138億年來(lái)宇宙的演化過(guò)程，首次在虛擬空間中直接目睹球狀星團(tuán)的自發(fā)形成。結(jié)果指向多條形成路徑，并首次提出“類球狀星團(tuán)矮星系”這一新天體類別，特性介于球狀星團(tuán)與矮星系之間。

研究負(fù)責(zé)人、薩里大學(xué)數(shù)學(xué)與物理學(xué)院博士后Ethan Taylor博士表示：“球狀星團(tuán)的形成謎團(tuán)困擾科學(xué)界數(shù)百年，我們能補(bǔ)充這方面認(rèn)識(shí)令人振奮。EDGE模擬無(wú)需特殊設(shè)定即可還原球狀星團(tuán)的誕生過(guò)程，極大增強(qiáng)了模擬世界的可信度。更令人驚喜的是，我們已在銀河系中鎖定了這種‘新天體’的潛在候選對(duì)象。”

項(xiàng)目歷時(shí)多年，聯(lián)合了英國(guó)達(dá)勒姆大學(xué)、巴斯大學(xué)、赫特福德大學(xué)、美國(guó)卡內(nèi)基天文臺(tái)及自然歷史博物館、瑞典隆德大學(xué)和西班牙巴塞羅那大學(xué)等機(jī)構(gòu)，依托英國(guó)國(guó)家超算中心DiRAC完成。如果在普通電腦運(yùn)行，單個(gè)模擬過(guò)程需耗時(shí)數(shù)十年。

模擬重現(xiàn)了真實(shí)的球狀星團(tuán)和矮星系，還預(yù)測(cè)出一種此前未知天體類型。與典型矮星系相比，這類“類球狀星團(tuán)矮星系”觀測(cè)上與普通星團(tuán)難以區(qū)分，但本質(zhì)上仍含有大量暗物質(zhì)。也就是說(shuō)，它們或許早已被望遠(yuǎn)鏡記錄，而誤歸類為普通球狀星團(tuán)。這些對(duì)象由此成了研究暗物質(zhì)及星團(tuán)誕生機(jī)制的重要新舞臺(tái)。

銀河系已知衛(wèi)星銀河如極暗矮星系Reticulum II，被認(rèn)為極可能屬于這一新類別。如果獲得證實(shí)，將成為尋找宇宙首批無(wú)金屬恒星和檢驗(yàn)暗物質(zhì)理論的理想目標(biāo)。

薩里大學(xué)天體物理學(xué)教授Justin Read補(bǔ)充：“EDGE項(xiàng)目旨在打造宇宙最逼真的超小型星系模擬，全程追溯全部歷史直至聚焦單顆超新星爆炸。歷時(shí)數(shù)年，高至10光年的分辨率令我們得以證實(shí)，球狀星團(tuán)可通過(guò)兩種完全不含暗物質(zhì)的獨(dú)立機(jī)制形成。”

后續(xù)，科學(xué)家將用更高靈敏度的望遠(yuǎn)鏡和深度光譜調(diào)查觀測(cè)這些“類球狀星團(tuán)矮星系”，驗(yàn)證其存在。若證實(shí)，將為暗物質(zhì)理論檢驗(yàn)和探尋宇宙第一代無(wú)金屬恒星提供全新突破。

該成果發(fā)表于《自然》雜志。

編譯自/ScitechDaily