為什麼巨大的超星系平面主要充滿了單一類型的星系？這個長久以來的天文之謎終於有可能解開了。銀河係是我們的宇宙家園，它坐落在被稱為本星系超星系團的廣闊大地上。這個巨大的結構包括無數巨大的星系團和眾多的單一星系。超星系團的特徵是其薄餅狀構造，寬度接近10 億光年，因此被稱為超星系平面。

宇宙中的大多數星系分為兩類：第一類是橢圓星系，主要由老恆星組成，通常包含質量極大的中央黑洞；第二類是活躍的恆星形成盤狀星系，具有類似銀河系的螺旋狀結構。本地超星系團中也存在這兩類星系，但當超星系平面上充滿明亮的橢圓星系時，卻明顯缺乏明亮的盤狀星系。

自20 世紀60 年代以來，人們就知道本宇宙中存在這種奇特的星系分隔現象，著名宇宙學家、2019 年諾貝爾獎得主吉姆-皮布爾斯（Jim Peebles）最近編制的一份”宇宙異常”列表中，這種現象赫然在目。

現在，赫爾辛基大學天文物理學家蒂爾-薩瓦拉（Till Sawala）和彼得-約翰森（Peter Johansson）領導的一個國際團隊似乎找到了解釋。他們在發表於《自然-天文學》（Nature Astronomy）的一篇文章中，展示了橢圓星系和盤狀星系的不同分佈是如何因超銀河系平面內外的不同環境而自然產生的。

超級銀河系平面位於圖片的赤道上，在這個平面內，星系頻繁地發生相互作用和合併，從而形成了大質量的橢圓星系。相較之下，遠離超銀河系平面的星系則在相對孤立的環境中演化，從而得以維持其盤狀結構。資料來源：蒂爾-薩瓦拉

“在超星系平面上的密集星系團中，星系會頻繁地發生相互作用和合併，從而形成橢圓星系，並生長出超大質量黑洞。相較之下，遠離超銀河系平面的星係可以在相對孤立的環境中演化，這有助於它們保持螺旋結構，”蒂爾-薩瓦拉說。

在他們的工作中，研究小組利用了SIBELIUS（本地宇宙之外的模擬）模擬，該模擬追蹤了從早期宇宙到現在138 億年的宇宙演化過程。它在英國的超級電腦和芬蘭的CSC Mahti 超級電腦上運行。

大多數類似的模擬考慮的是宇宙的隨機片段，無法直接與觀測結果進行比較，而SIBELIUS 模擬旨在精確地再現觀測到的結構，包括本地超星系團。最終的模擬結果與觀測結果驚人地一致。

「去年12月，一個偶然的機會，我受邀參加了紀念吉姆-皮布爾斯的研討會，他在演講中介紹了這個問題。我意識到我們已經完成了一個模擬，其中可能包含了答案， “Till Sawala 評論說。”我們的研究表明，已知的星系演化機制在這種獨特的宇宙環境中也能發揮作用。”

在物理系旁邊，赫爾辛基大學昆普拉校區有一座大型雕像，展示了本超星系團中星系的分佈。這座雕像是由英國宇宙學家卡洛斯-弗倫克（Carlos Frenk）在20年前主持落成的，他也是這項新研究的共同作者之一。”

弗伦克在谈到这项新成果时说：”星系在本地超星系团中的分布确实令人瞩目。但这并不是反常现象，我们的研究结果表明，我们的暗物质标准模型能够产生宇宙中最显著的结构”。

参考文献：Till Sawala、Carlos Frenk、Jens Jasche、Peter H. Johansson和Guilhem Lavaux合著的《椭圆星系和盘状星系在本超星系团中的不同分布是ΛCDM的预言》，2023年11月20日，《自然-天文学》。

DOI：10.1038/s41550-023-02130-6

編譯來源：ScitechDaily