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2023-09-08 12:22:49
紫金山天文臺等在預測中國空間站工程巡天望遠鏡的本星系群矮星系探測極限研究中獲進展
2023-09-08 12:22:49 來源: 紫金山天文臺
中國科學院紫金山天文臺聯合法國斯特拉斯堡天文臺、浙江大學等，探究了中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）對于本星系群矮星系的探測能力。該研究表明CSST將拓展近鄰矮星系的搜尋概率。近期，相關研究成果在線發表在《皇家天文學會月刊》（MNRAS）上。
在冷暗物質主導的宇宙中，星系形成是等級成團的。宇宙早期的微小量子擾動在宇宙暴脹過程中被放大，小的結構先進入非線性增長階段并率先坍縮形成小暗暈，更大尺度的暗暈由這些小暗暈相互并合而形成。其中，部分小暗暈并合后將在大尺度暗暈內以子結構的形成存在。
(資料圖片)
本星系群作為宇宙學的近場實驗室，是由銀河系（MW）和仙女座星系（M31）等大型星系以及衛星星系組成的以引力相互約束的星系聚集體。其中，衛星星系（主要為矮星系）作為主要探針，可用于研究早期并合遺留下來的子結構。
近年來，MW-M31附近的矮衛星星系搜尋工作取得了顯著進展。截至目前，在本星群中已探測到將近一百個矮星系：在MW中有59個，其中MV< -0.8 ± 0.9；在M31中有39個，其中MV< -5.9 ± 0.7。這歸功于斯隆數字天文巡天（SDSS）、暗能量巡天、Pandas等大型巡天項目。目前探測到的衛星星系數量依然低于宇宙學數值模擬的預測，帶來了冷暗物質宇宙學模型的“小尺度挑戰”。因此，對于近鄰矮星系的搜尋與研究一直是各大天文觀測項目的主要目標之一。這些矮星系的分布與性質為現有的宇宙學以及星系形成演化模型提供了重要限制。
CSST是中國正在建設中的重大天文項目之一，兼具大視場（1.1o）、高分辨率（0.15”）與廣闊的巡天面積（17500o）、極限星等遠深于SDSS（在g波段可達到26.3等，在i波段可達到25.9等）等特點，且巡天區域與時空遺珍巡天（LSST）等下一代大型巡天項目互補，其巡天結果有望發現新的衛星星系。
科研人員基于CSST的儀器參數與仿真數據構造了針對CSST的模型銀河系與模擬矮星系星表數據，并根據經典的近鄰矮星系搜尋算法，評估了不同距離、亮度和大小的模擬矮星系在CSST中的探測成功概率。與目前已探測到的MW、M31衛星星系分布進行對比，CSST將顯著提高現有探測范圍，預計將能夠探測到距離400kpc處MV= -3.0、μ250= 32.0 mag/arcsec2（半光半徑rh= 250 pc的表面亮度）的矮星系，以及繞仙女座星系的MV = -4.9、μ250 = 30.5 mag/arcsec2的矮星系。在超越本星群的范圍內，CSST將在1-2 Mpc的距離范圍內實現MV < -5.8、μ250< 29.7 mag/arcsec2的矮星系探測，拓展了近鄰矮星系搜尋的參數空間。該工作還搭建了針對CSST的衛星星系探測科學數據處理管線軟件，對日后提高CSST的數據利用效率，加快成果產出，及時進行衛星星系的探測與研究，進而檢驗冷暗物質宇宙學模型與星系形成模型具有重要意義。
研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、國家基礎學科公共科學數據中心、中國載人航天工程等的支持。
論文鏈接
圖1.?本星系群中星系的空間分布
圖2.?CSST主巡天中銀緯（b：30~60）區域不同距離、亮度與半光半徑的矮星系探測成功率分布。
圖3.?CSST矮星系探測極限與已有的MW、M31衛星星系分布對比，星號與三角形分別標記了在各個巡天項目中首次被探測到的MW與M31的衛星星系。
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