在使用美國宇航局即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的兩項(xiàng)獨(dú)立研究中，一組天文學(xué)家將觀察銀河系和附近的仙女座星系的矮星系伴星。研究這些小伙伴將有助于科學(xué)家了解星系的形成和暗物質(zhì)的性質(zhì)，暗物質(zhì)被認(rèn)為占宇宙物質(zhì)的約85%。

在第一個(gè)研究中，該團(tuán)隊(duì)將通過測(cè)量銀河系中兩個(gè)矮伴星中恒星的運(yùn)動(dòng)來獲得暗物質(zhì)知識(shí)。在第二項(xiàng)研究中，他們將研究我們最近的大型銀河系鄰居仙女座星系周圍的四個(gè)矮星系的運(yùn)動(dòng)。這將有助于確定仙女座星系的某些衛(wèi)星星系是否在平面內(nèi)軌道運(yùn)行，例如我們太陽周圍的行星。如果這樣做的話，那將對(duì)理解星系的形成具有重要意義。這兩個(gè)程序的主要研究人員是馬里蘭州巴爾的摩市太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(STScI)的Roeland van der Marel。

觀測(cè)銀河系矮星伴星中的恒星運(yùn)動(dòng)

與我們自己的銀河系最近的星系是它的伴星矮星系，比銀河系小得多。范德馬雷爾(Van der Marel)和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃研究其中兩個(gè)矮星系(德拉科和雕刻家)中恒星的運(yùn)動(dòng)。恒星的軌道由每個(gè)星系中暗物質(zhì)產(chǎn)生的引力控制。通過研究恒星如何運(yùn)動(dòng)，研究人員將能夠確定暗物質(zhì)在這些星系中的分布方式。

van der Marel解釋說：“宇宙中的結(jié)構(gòu)如何形成取決于構(gòu)成宇宙中大部分質(zhì)量的暗物質(zhì)的性質(zhì)。”“所以我們知道有一個(gè)暗物質(zhì)，但我們不知道實(shí)際上是什么構(gòu)成了這個(gè)暗物質(zhì)。我們只知道宇宙中有某種物質(zhì)具有引力并且會(huì)引力，但我們并不真正知道它是什么。是。”

該小組將研究矮星系中心暗物質(zhì)的分布，以確定這種神秘現(xiàn)象的溫度特性。如果暗物質(zhì)是“冷的”，則其密度在銀河系中心附近將非常高。如果暗物質(zhì)是“溫暖的”，則在接近銀河系中心的整個(gè)區(qū)域中，暗物質(zhì)將更加均勻。

同時(shí)，韋伯的近紅外攝像機(jī)(NIRCam)正在研究Draco和Sculptor的中心，另一臺(tái)儀器，即近紅外成像儀和無縫光譜儀(NIRISS)，將探測(cè)矮星系的郊區(qū)。STScI的共同研究人員托尼·索恩說：“這些同時(shí)進(jìn)行的觀察將提供一些洞察，以了解恒星在中心和矮星系的郊區(qū)附近如何以不同的方式運(yùn)動(dòng)。”“它們還將允許對(duì)同一星系進(jìn)行兩種獨(dú)立的測(cè)量，以檢查任何系統(tǒng)或工具效應(yīng)。”

由于韋伯的視場(chǎng)面積大約是美國宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的六倍，因此該團(tuán)隊(duì)可以測(cè)量比哈勃所看到的更暗的恒星運(yùn)動(dòng)。研究中包含的星星越多，團(tuán)隊(duì)就可以更準(zhǔn)確地模擬影響其運(yùn)動(dòng)的暗物質(zhì)。

研究矮星系伴星到仙女座的運(yùn)動(dòng)

銀河系是我們銀河系中最近的大型鄰近星系，就像銀河系一樣，它擁有眾多矮星系伴星。范德馬雷爾(Van der Marel)和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃研究這些矮星系中的四個(gè)如何在仙女座星系周圍運(yùn)動(dòng)，以確定它們是否在空間中的平面內(nèi)分組，或者是否在各個(gè)方向上圍繞仙女座星系運(yùn)動(dòng)。

與第一個(gè)觀測(cè)程序不同，該團(tuán)隊(duì)并未嘗試測(cè)量矮星系內(nèi)部的恒星如何運(yùn)動(dòng)。在這項(xiàng)研究中，他們?cè)噲D確定矮星系整體如何圍繞仙女座運(yùn)動(dòng)。這將為洞悉大星系由小星系的積聚和積累形成過程提供真知灼見。

在大多數(shù)模型中，包圍較大星系的矮星系預(yù)計(jì)不會(huì)位于飛機(jī)上。通常，科學(xué)家會(huì)期望矮星系以隨機(jī)方式繞著更大的星系飛行。這些矮小的同伴慢慢地會(huì)失去能量，并被吸收到更大的星系中，而這個(gè)星系還會(huì)變得更大。

但是，對(duì)于銀河系和仙女座系而言，多項(xiàng)研究表明，矮星系中至少有一部分位于一個(gè)平面內(nèi)，甚至可能在該平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。確定是否正確的一種方法是測(cè)量其三維運(yùn)動(dòng)。如果這些運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是在飛機(jī)上，則表明矮星系將留在飛機(jī)上。但是，如果相伴的矮人似乎在一個(gè)平面上，但是它們的運(yùn)動(dòng)卻在所有方向上，那將表明機(jī)會(huì)對(duì)齊而不是持久的結(jié)構(gòu)。

如果矮星系確實(shí)排成一排，這可能意味著以下幾種情況之一。可能有很大一部分矮人同伴作為一個(gè)整體落入了仙女座周圍的軌道。如果是這樣的話，矮人將保留它們?nèi)吭谝黄鸬?ldquo;記憶”，并且它們現(xiàn)在將表現(xiàn)出相似的動(dòng)力學(xué)特性。

另一種可能性是仙女座星系的矮星系形成為所謂的“潮汐矮星系”。這些氣體和恒星的引力束縛集合是在大型旋渦星系之間合并或相互作用時(shí)形成的。它們像矮星系一樣龐大，但并沒有被暗物質(zhì)所控制，因?yàn)榭茖W(xué)家認(rèn)為我們周圍的大多數(shù)矮星系都是如此。兩個(gè)大型星系與大量氣體合并可能會(huì)形成一些矮星系，最終形成一個(gè)單一的平面結(jié)構(gòu)，但這將是不尋常的，因?yàn)榭茖W(xué)家認(rèn)為潮汐矮星系不是矮星系的主要類型宇宙中的銀河系。通常已知矮星系是在稱為光暈的暗物質(zhì)云內(nèi)部形成的。

無論哪種情況，都可能意味著星系的形成可能比研究人員有時(shí)認(rèn)為的更為復(fù)雜。這兩種方式都會(huì)給開發(fā)銀河系形成理論模型的科學(xué)家提供額外的限制。