紫金山天文臺等在預(yù)測中國空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡的本星系群矮星系探測極限研究中獲進(jìn)展

中國科學(xué)院紫金山天文臺聯(lián)合法國斯特拉斯堡天文臺、浙江大學(xué)等，探究了中國空間站工程巡天望遠(yuǎn)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(guān)研究成果在線發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》（MNRAS）上。

在冷暗物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙中，星系形成是等級成團(tuán)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(jié)構(gòu)先進(jìn)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(nèi)以子結(jié)構(gòu)的形成存在。

(資料圖片)

本星系群作為宇宙學(xué)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(wèi)星星系組成的以引力相互約束的星系聚集體。其中，衛(wèi)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(jié)構(gòu)。

近年來，MW-M31附近的矮衛(wèi)星星系搜尋工作取得了顯著進(jìn)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M_V< -0.8 ± 0.9；在M31中有39個，其中M_V< -5.9 ± 0.7。這歸功于斯隆數(shù)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(wèi)星星系數(shù)量依然低于宇宙學(xué)數(shù)值模擬的預(yù)測，帶來了冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)模型的“小尺度挑戰(zhàn)”。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(biāo)之一。這些矮星系的分布與性質(zhì)為現(xiàn)有的宇宙學(xué)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(shè)中的重大天文項目之一，兼具大視場（1.1^o）、高分辨率（0.15”）與廣闊的巡天面積（17500^o）、極限星等遠(yuǎn)深于SDSS（在g波段可達(dá)到26.3等，在i波段可達(dá)到25.9等）等特點，且巡天區(qū)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(jié)果有望發(fā)現(xiàn)新的衛(wèi)星星系。

科研人員基于CSST的儀器參數(shù)與仿真數(shù)據(jù)構(gòu)造了針對CSST的模型銀河系與模擬矮星系星表數(shù)據(jù)，并根據(jù)經(jīng)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(wèi)星星系分布進(jìn)行對比，CSST將顯著提高現(xiàn)有探測范圍，預(yù)計將能夠探測到距離400kpc處M_V= -3.0、μ₂₅₀= 32.0 mag/arcsec²（半光半徑r_h= 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(nèi)，CSST將在1-2 Mpc的距離范圍內(nèi)實現(xiàn)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(shù)空間。該工作還搭建了針對CSST的衛(wèi)星星系探測科學(xué)數(shù)據(jù)處理管線軟件，對日后提高CSST的數(shù)據(jù)利用效率，加快成果產(chǎn)出，及時進(jìn)行衛(wèi)星星系的探測與研究，進(jìn)而檢驗冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)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(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、國家基礎(chǔ)學(xué)科公共科學(xué)數(shù)據(jù)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(qū)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(wèi)星星系分布對比，星號與三角形分別標(biāo)記了在各個巡天項目中首次被探測到的MW與M31的衛(wèi)星星系。

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