互动科普

包括银河系在内的很多大星系，周围都环绕着一些更小、更暗淡的矮星系。有的矮星系年龄和宇宙一样大，由一些没有被更大星系所吸纳的古老恒星构成；还有一些则更为年轻，由大星系相互碰撞、撕扯后的残留物演化而来。对这些尺寸较小的矮星系进行研究，是对天文学家了解星系以及其他大尺度宇宙结构产生、演化的最好方式之一。而研究宇宙大尺度结构，又是了解我们所在宇宙的基本原理的最好方式之一。

从某些方面说，观察矮星系环绕更大的主星系运动，就像观看蜜蜂围绕蜂巢嗡嗡飞舞。矮星系就像蜜蜂，运动时似乎漫无目的——时上时下，时左时右，没有明显规律可循。然而，事实上，二者的运动又都遵循着某种隐藏的规则。携带着花朵香味与信息素的气流，驱使着蜜蜂在蜂巢附近飞舞，而在某种程度上，矮星系的运行轨道，则被另一种更为神秘的事物——暗物质产生的引力——所支配。由于暗物质不会发光，这种理论预言的、不可见的物质，更多地只能被感受到，而不是被观察到。科学家只能通过被暗物质弯曲的时空推测它的存在。初步研究表明，暗物质的分布构成了某种宇宙网（cosmic web）结构，而或大或小的星系则被引力束缚在暗物质的纤维状或片状的结构之中。“暗物质构成的这张网，可以从各种角度和方向与主星系相连，这也是其周围矮星系具有如此不同的轨道和运动方式的原因。”瑞士巴塞尔大学博士研究生奥利弗·穆勒（Oliver Müller）解释说。

在发表于2月2日《科学》（Science）杂志的封面文章中，穆勒及同事绘制了16 个矮星系围绕它们的“蜂巢”——半人马座A（Centaurus A，一个距银河系1000 多万光年的大型星系）的运行方式。他们惊讶地发现，其中有14 个矮星系轨道不是随机排列的，相反，它们排列成共面结构，也就是说，这些星系的轨道平面是重合的，就像蜜蜂沿着一组有序排列的圆环绕蜂巢飞舞。穆勒的模拟结果还显示，这种排列是完全偶然的概率只有0.5%。

不过，尽管穆勒认为，这种矮星系共面排列的方式十分罕见，但是科学家以前也曾观测到过这种结构。实际上，一些主流理论认为，每10个矮星系中就应该有1 个会按照某种方式进行排列，至少计算机模拟结果是这样显示的。

“这项研究的独特之处在于，它首次在我们本星系群之外观测到了矮星系共面排列，所以非常有趣。”英国达拉谟大学的宇宙学家卡洛斯·弗伦克（Carlos Frenk）评论道。弗伦克还指出，之前在银河系与仙女座（Andromeda）都观测到过共面矮星系，但环绕半人马座A的这14 个共面矮星系，是第一次在更远星系中发现。

穆勒及同事在论文中表示，如果矮星系共面排列的方式如果十分普遍，将会对宙学家关于星系及星系团产生及演化的“标准模型”——宇宙的Λ-冷暗物质模型（Lambda cold dark matter，ΛCDM）形成挑战，因为该模型认为矮星系应该是随机排列的。简单来说，如果发现更多的这种共面排列的矮星系，就意味着我们对暗物质的了解，比我们想象的还要少得多。不过，弗伦克对此仍持怀疑态度，他指出，ΛCDM模型与数十年来的大量实验观测结果都吻合得很好。“标准模型非常成功，它不会一下子就折在这项研究手里的。”弗伦克说“新研究很有趣，但目前还不至于威胁到现有的宇宙学图景。”

不幸的是，对矮星系进行更为完整的统计调查，至少需要数十年时间。因为测量遥远星系远离或者靠近我们的速度比较容易，但测量其移过天空的速度则十分困难。另外，矮星系尺寸极小、也十分昏暗，从银河系发现遥远的它们本身就并非易事。所有这些因素，都会影响对数据的观测，以至于难以区分矮星系是共面还是无序。所以目前科学家只能使用多种相辅且耗时的方法，去寻找并研究矮星系。

同时，类似的有趣观测应该会有助于完善ΛCDM模型，而不是推翻它。在同期发表于《科学》杂志的评论文章中，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学家迈克尔·博伊兰-科尔钦（Michael Boylan-Kolchin）指出：“ΛCDM模型经受过诸多检验，它仍然还是宇宙学的标准模型。我相信这一次也不例外。但是，我也认为，针对所有可能的矛盾之处进行全面的研究也非常重要。虽然可能性非常小，但只要发现当前理论存在瑕疵，我们就需要从根本上对其进行修正，只能这样，理论才能一直保持活力。”

穆勒还提到，他计划在未来几个月利用位于智利的“暗能量相机”（Dark Energy Camera）对半人马座A进行研究，以期发现更多的矮星系。他说，“我们应该对矮星系的轨道进行更深入的研究，我希望证明矮星系轨道共面并非出于偶然。”