银河系周围神秘的“X星系”可能很快被发现

对旋涡星系M51（中央十字）及其卫星NGC 5195（顶部十字）在8.75亿年期间氢气演化的模拟。最适合目前的气体分布意味着我们今天看到的东西经过了大约3亿年的演变。这些盒子的一侧有456000光年。

使用一种新的数学技术分析螺旋星系中的气体波纹，可能很快就会发现一个太暗而看不见但被怀疑绕着我们银河系运行的矮星系。

这一新方法是由加州大学伯克利分校的博士后研究员和理论天文学家Sukanya Chakrabarti开发的。她认为它可以用来探测银河系附近的所谓“X星系”。

该模型还可能用于探测神秘的、至今仍无法解释的暗物质，这些暗物质被认为构成了宇宙的大部分。

Chakrabarti在一份声明中说：“我希望这种方法可以作为星系中质量分布和暗物质的探测器，就像今天的引力透镜已经成为遥远星系的探测器一样。”

查克拉巴蒂将在华盛顿州西雅图举行的美国天文学会第217次会议上介绍这些测试的细节和发现。

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Chakrabarti预测X星系的质量是银河系本身的百分之一。

根据Chakrabarti和她的同事、加州大学伯克利分校天文学教授Leo Blitz的计算，从地球上看，该星系目前横跨银河系，位于诺曼座或西星座的某个地方，就在人马座星系中心的西面。

Chakrabarti将她对X星系的预测与之前关于海王星轨道外行星X的论点进行了比较。

19世纪，著名天文学家珀西瓦尔·洛厄尔提出了当时的第九颗行星，但这一预测是基于对海王星轨道的错误测量。

Chakrabarti说，事实上，冥王星和其他位于柯伊伯带的天体的质量太低，无法对海王星或天王星产生可测量的引力效应。从那时起，太阳系其他天体轨道的扰动引发了对现在“矮”行星冥王星之外第10颗行星的周期性搜索。

另一方面，研究人员表示，X星系或质量为银河系千分之一的卫星星系仍会产生足够大的引力效应，在我们的星系盘中产生涟漪。

隶属于科罗拉多州博尔德市空间科学研究所的威斯康星州天文学家芭芭拉·惠特尼希望将X星系作为斯皮策太空望远镜进行的银河系传统红外中平面非凡巡天（GLIMPSE）的一部分。

Chakrabarti和Blitz还计算出，预测的星系处于围绕银河系的抛物线轨道上，现在距离银河系中心约30万光年。银河系的半径约为50000光年。

卫星星系很常见

许多大星系，如银河系，被认为有太暗而看不见的卫星星系。

研究人员表示，银河系周围环绕着大约80个已知或疑似的矮星系。然而，它们中的一些可能只是穿过，而没有被捕获到星系周围的轨道上。例如，大麦哲伦云和小麦哲伦云就是两颗这样的星系卫星——它们都是不规则的矮星系。

然而，旋转螺旋星系的理论模型预测，应该有更多的卫星星系，也许有数千个，其中小星系甚至比大星系更普遍。然而，矮星系是微弱的，其中一些星系可能主要是不可见的暗物质。

今年早些时候，Chakrabarti用她的数学方法预测，其中一个“暗”矮星系位于银河系与地球相反的一侧，迄今为止，它还没有被发现，因为它被星系盘中的气体和尘埃所遮挡。

Chakrabarti在两个拥有已知微弱卫星的星系上成功测试后，对她的方法充满了信心。

Chakrabarti说：“这种方法对物理学和天文学的许多领域都有广泛的影响——对暗物质以及暗物质主导的矮星系的间接探测、行星动力学以及卫星撞击驱动的星系演化都有广泛影响。”

布利茨说，这种方法也有助于测试暗物质理论的替代方案，暗物质理论提出了对引力定律的修改，以解释星系中缺失的质量。

布利茨说：“在修正引力的背景下，螺旋星系外层的物质密度很难解释，因此，如果这种潮汐分析继续有效，我们可以在遥远的光环中发现其他暗星系，这可能会让我们排除修正引力的可能性。”

卫星星系建模

在他们的研究中，Chakrabarti和Blitz意识到，矮星系会对星系盘中冷原子氢气的分布产生扰动，这些扰动不仅可以揭示卫星的质量，还可以揭示其距离和位置。

螺旋星系中的冷氢气在引力作用下被限制在星系盘的平面内，并比可见恒星延伸得更远——有时可达可见螺旋直径的五倍。冷气体可以用射电望远镜绘制地图。

布利茨说：“这种方法就像通过观察尾流来推断船只的大小和速度。”“你可以看到很多船只的波浪，但你必须能够将中型或小型船只的尾流与远洋班轮的尾流区分开来。”

该技术涉及通过高分辨率无线电观测确定的气体分布的分析。她对银河系周围X星系的最初预测是通过之前对银河系中氢原子的观测而实现的。

为了在其他星系上测试她的理论，Chakrabarti和她的合作者使用了由甚大阵列进行的名为“HI附近星系巡天”（THINGS）的无线电巡天的最新观测结果，以及使用澳大利亚望远镜紧凑阵列在南半球进行的THINGS-SOUTH项目的巡天结果。

“这些新的高分辨率无线电数据为探索星系外围的气体分布开辟了丰富的机会，”合著者、加州大学伯克利分校博士后研究员Frank Bigiel说，他也是THINGS和THINGS-SOUTH项目的联合研究员。

Chakrabarti还与加拿大理论天体物理研究所的研究人员合作，分析了漩涡星系（也称为M51）的观测结果，该星系的伴星系大小为M51的三分之一。他们还研究了另一个星系NGC 1512，该星系的卫星大小约为其母星系的百分之一。

查克拉巴蒂的数学模型正确地预测了这些卫星星系的质量和位置。她说，她的技术应该适用于质量只有母星系千分之一的卫星星系。

Chakrabarti说：“我们的论文是原理的证明，但我们需要观察更大的具有光学可见星系伴星的螺旋星系样本，以确定假阳性的发生率”，从而确定该方法的可靠性。