银河系的卫星星系是如何形成的物理学家给出了解释

陨石坑2距离地球约38万光年，是银河系最大的卫星星系之一。陨石坑2极冷，恒星移动缓慢，表面亮度低。该星系的起源尚不清楚。

加州大学河滨分校物理学和天文学教授余海波表示：“自2016年发现以来，人们曾多次尝试重现二号陨石坑不寻常的特性，但事实证明这非常具有挑战性。”余教授的团队在《天体物理学杂志快报》上发表的一篇题​​为《二号陨石坑自作用暗物质解释》的论文中对二号陨石坑的起源提出了解释。

卫星星系是围绕较大宿主星系运行的较小星系。暗物质占宇宙物质的85%，在引力作用下可以形成球形结构，称为暗物质晕。这种晕不可见，但弥漫并环绕着像陨石坑2这样的星系。陨石坑2极冷的事实表明其晕的密度很低。

余教授解释道，陨石坑2是在银河系的潮汐场中演化而来的，与宿主星系发生了潮汐相互作用，类似于地球海洋在月球引力的作用下受到潮汐力的影响。理论上，潮汐相互作用可以降低暗物质晕的密度。

然而，对围绕银河系的陨石坑2号轨道的最新测量表明，潮汐相互作用的强度太弱，不足以降低卫星星系的暗物质密度，使其与测量结果一致——如果暗物质是由冷、无碰撞的粒子组成，正如流行的冷暗物质理论(CDM)所预期的那样。

“另一个谜题是，2号陨石坑如何能有这么大的尺寸，因为当卫星星系在银河系潮汐场中演变时，潮汐相互作用会减小它的尺寸，”余说。

Yu和他的团队提出了另一种理论来解释陨石坑2的性质和起源。这种理论被称为自相互作用暗物质(SIDM)，可以令人信服地解释各种暗物质分布。它提出，暗物质粒子通过暗力自相互作用，在星系中心附近强烈碰撞。

“我们的研究表明，SIDM可以解释2号陨石坑的异常特性，”Yu说道。“关键机制是暗物质自相互作用使2号陨石坑的光晕热化并产生一个浅密度核心，也就是说，暗物质密度在小半径处变平。相比之下，在CDM光晕中，密度会朝着星系中心急剧增加。”

Yu表示，在SIDM中，潮汐相互作用的强度相对较小，这与对2号陨石坑轨道进行测量所得出的预期结果一致，足以降低2号陨石坑的暗物质密度，这与观测结果一致。

“重要的是，SIDM晕中的星系尺寸也会扩大，这解释了2号陨石坑的巨大尺寸，”Yu说道。“与‘尖角’CDM晕相比，SIDM晕中的暗物质粒子结合得更松散。我们的研究表明，SIDM比CDM更能解释2号陨石坑的起源。”

参与这项研究的还有加州大学河滨分校的杨达能以及中国清华大学的张星宇和安海鹏。

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