想像銀河系和仙女座星係是兩艘巨大的航空母艦，每艘都被一支小型戰艦艦隊包圍著。這些「戰艦」代表矮星系，其尺寸和質量比其巨大的螺旋星係要小得多。銀河係有大約70 個已知的矮星系，而仙女座星系似乎有三倍於銀河系的矮星系。這些小星系為了解這兩個星系在數十億年中如何演化提供了寶貴的線索。但它們的歷史卻講述了截然不同的故事。

與銀河係不同，仙女座星系的衛星星系排列奇特，許多星係都繞著同一平面運行。它們長期存在的恆星形成過程也對現有模型提出了挑戰，暗示著未知的宇宙力量在運作。 （這張仙女座星系（M31）的圖像由NASA 的星系演化探測器拍攝，圖中熾熱的恆星在明亮地燃燒，顯示出一張熟悉面孔的紫外面。）圖片來源：NASA/JPL-Caltech

銀河系的存在相對平靜，而仙女座星系則經歷了更混亂的過去，包括幾十億年前與另一個星系的​​一次大碰撞。

為了更了解仙女座星係不尋常的衛星系統，天文學家利用哈伯太空望遠鏡進行了一項雄心勃勃的調查，以全面列出其已知的矮星系清單。這項工作有助於科學家拼湊出我們最近的星系鄰居的動態歷史。

這是廣角視圖，顯示了圍繞仙女座大星系(M31) 運行的已知衛星星系的分佈情況，仙女座大星系距離我們250 萬光年。哈伯太空望遠鏡用於研究黃色圓圈中36 個微型星系。仙女座是圖像中心的明亮紡錘形物體。所有矮星系似乎都被限制在一個平面上，都朝著同一個方向運行。廣角視野來自地面攝影。哈伯的光學穩定性、清晰度和效率使這項雄心勃勃的調查成為可能。影像右側是哈伯對四個矮星系的近距離快照。最突出的矮星係是M32 (NGC 221)，這是一個緊密的橢圓星系，可能是數十億年前與仙女座相撞的更大星系的殘餘核心。圖片來源：NASA、ESA、Alessandro Savino（加州大學柏克萊分校）、Joseph DePasquale（STScI）、Akira Fujii DSS2

仙女座星系距離我們250 萬光年，肉眼看起來像一個昏暗的紡錘狀模糊物體，大小與滿月差不多。但在後院觀察者所能看到的範圍之外，仙女座星系周圍有近三十多個微小的衛星星系，它們像蜜蜂圍繞著蜂巢一樣圍繞著它。

美國太空總署的哈伯太空望遠鏡一直在以前所未有的細節研究這群矮星系。作為雄心勃勃的哈伯財政計畫的一部分，天文學家利用來自1000 多個哈伯軌道的數據創建了仙女座衛星系統的精確3D 地圖。這項研究也重建了這些小星系在近140 億年的宇宙歷史中形成恆星的效率。

哈伯的研究結果發表在《天文物理學期刊》上，揭示了仙女座星系的衛星系統與銀河系的衛星系統有顯著差異。這一差異為了解這兩個星系的演化提供了線索。雖然銀河系一直保持相對平靜，但仙女座星系動盪的歷史（可能是由幾十億年前與另一個星系的​​一次大碰撞所致）可以解釋為什麼它擁有更大、更多樣化的矮星系群。仙女座星系的質量也是銀河系的兩倍，這可能影響了其衛星系統的演化。

如此詳細地研究銀河系周圍的衛星星係是一項挑戰，因為我們身處銀河系內部。仙女座星係以外的其他大星系，如M81（距離近1,200 萬光年），距離我們太遠，無法對其衛星系統進行同等深入的研究。這使得仙女座星系成為了解小星系如何與大得多的宿主星系相互作用的最佳實驗室。

動畫以鄰近的仙女座星系開始。我們穿過前景恆星的散射，進入漆黑的星系際空間。我們穿越250 萬光年到達仙女座星系，它由36 個矮衛星星系組成，圍繞著圖像中心巨大的紡錘形仙女座星系運作。哈伯太空望遠鏡進行了一次雄心勃勃的調查，以繪製星系在三維空間中的位置。在本影片中，我們圍繞著基於真實哈伯觀測資料的仙女座星系模型進行觀察。圖片來源：NASA、ESA、Christian Nieves（STScI）、Alessandro Savino（加州大學柏克萊分校）、Joseph DePasquale（STScI）、Frank Summers（STScI）、Robert Gendler

這張仙女座星系衛星系統的鳥瞰圖讓我們能夠解釋是什麼推動了這些小星系的演化。 「我們發現，這些衛星能夠繼續形成新恆星的時間實際上取決於它們的質量以及它們與仙女座星系的距離，」加州大學柏克萊分校的主要作者亞歷山德羅·薩維諾說。 “這清楚地表明，像仙女座這樣的大星系對小星系的生長產生了怎樣的影響。”

「仙女座星系中散佈的一切都非常不對稱且受到干擾。看來不久前確實發生了一些重大事件，」加州大學柏克萊分校首席研究員丹尼爾·魏斯(Daniel Weisz) 說道。 「我們總是傾向於利用自己星系的了解來更廣泛地推斷宇宙中的其他星系。我們一直擔心我們在銀河系中了解到的情況是否更廣泛地適用於其他星系。或者外部星系之間是否存在更多多樣性？它們是否具有相似的特性？我們的研究表明，其他生態系統中的低質量星系遵循的演化路徑與我們從銀河系衛星星系中了解到的路徑不同。」

「例如，仙女座星系中有一半的衛星星系似乎都被限制在一個平面上，都朝著同一個方向運行。這很奇怪。發現衛星星係呈現這種結構其實完全出乎意料，我們仍然不完全理解它們為什麼會這樣，」魏斯說。

仙女座星系最亮的伴星係是梅西耶32 (M32)。這是一個緊湊的橢圓星系，可能只是幾十億年前與仙女座星系相撞的更大星系的殘餘核心。在引力作用下，它失去了氣體和一些恆星，繼續沿著軌道運行。 M32 星系包含較老的恆星，但有證據表明，它在幾十億年前曾經有過一次恆星形成熱潮。除了M32，仙女座星系中似乎還有一群銀河系中未曾見過的獨特矮星系。它們很早就形成了大多數恆星，但之後並沒有停止。它們以非常低的速率從氣體庫中持續形成恆星，持續的時間更長。

「恆星形成實際上持續到了很晚，這完全不是你對這些矮星系的預期，」薩維諾繼續說道。 “這在計算機模擬中沒有出現。到目前為止，沒有人知道該如何解釋。”

「我們確實發現仙女座衛星系統中存在許多需要解釋的多樣性，」韋斯補充道。 “事物聚集的方式對於理解這個星系的歷史非常重要。”

哈伯望遠鏡正在提供第一組影像，天文學家可以透過這些影像測量矮星系的移動。再過五年，哈伯望遠鏡或美國太空總署的詹姆斯韋伯太空望遠鏡將能夠獲得第二組觀測結果，讓天文學家能夠對所有36 個矮星系進行動態重建，這將有助於天文學家回溯數十億年前整個仙女座生態系統的運動。

編譯自/ ScitechDaily