一百亿年前的星系大碰撞，16万光年外，矮星系诉说着遗忘的历史

在太阳系，太阳是中心，所有的天体都在太阳的引力控制下运行。而在银河系中，太阳又只是一颗极其普通的恒星，与其他恒星一起绕银河系公转。

宇宙中的天体很少会独立存在，大部分天体都会和其他同伴构成更大的宇宙结构，银河系也是如此，它的周围有着大量的小星系，其中很多都是围绕着银河系公转，也就是所谓的卫星星系。

这些卫星星系距离我们相对来说并不遥远，很便于观测。更重要的是，天文学家们认为，这些卫星星系都是形成于宇宙的早期，就像是早期宇宙留下的活化石，是我们了解宇宙演化历程的重要研究对象。

最近，在对一个名为杜鹃座二号（Tucana II）的矮星系进行观测时，科学家们发现了一些值得注意的现象。通过对它外围的恒星分布规律，科学家推测：它的周围很可能隐藏着一个巨大的暗物质环。这意味着，宇宙中那些古老星系所拥有的暗物质要比想象中的更多。

（图片说明：直径10亿光年的模拟宇宙中暗物质的分布，黄色为暗物质团块，由暗物质丝连接）

我们知道，暗物质是隐藏在宇宙空间的一种神秘物质，它们可以产生引力，但不与可见物质有其他方面的相互作用，因此直到今天仍然非常难以探测。我们只知道，暗物质占据了宇宙总质量的85%以上。同时，它对于宇宙的演化有着至关重要的作用，尤其是在一些大尺度结构中，都能够看到暗物质所发挥的作用。

在星系的周围，有时候就会有一些暗物质在局部区域聚集在一起，形成暗物质晕。同样的，这种暗物质晕是无法直接观测到的，但是通过观测星系的旋转、运行规律是可以推测出来的。包括我们的银河系，外围也有这样的暗物质晕。

杜鹃座二号矮星系距离我们大约16.3万光年，是一个超暗矮星系。科学家对它的恒星进行了光谱分析，发现其内部的金属丰度非常低，可见它是一个非常原始的星系，而且是超暗矮星系中最古老的一个。

来自麻省理工学院卡夫利天体物理学和空间研究所的物理学研究生Anirudh Chiti和物理学Silverman Family的职业发展副教授Anna Frebel对它进行了深入的观测，试图通过这个宇宙中的元老来了解早期宇宙所经历的变化。

首先，他们利用位于澳大利亚的SkyMapper望远镜在杜鹃座二号矮星系内寻找最古老的恒星，其中有一些甚至形成于130亿年前，也就是宇宙大爆炸的仅仅8亿年后。

（图片说明：SkyMapper望远镜拍摄到的杜鹃座二号矮星系附近星空）

接下来，研究人员利用成像滤镜对一些尤其黯淡、金属含量低的恒星进行标记，将这个观测结果与他们开发的一个算法进行匹配。

在这个过程中，他们发现了9颗新的恒星，这些恒星全都位于该星系的边缘地带。通过对它们的运行规律的分析，研究人员确定，它们的确是受到了该星系引力的拖曳。

这一点是有点出乎意料的，因为它们距离星系核心实在太远了。而根据可见物质分析出来的星系引力，是不足以影响到这些恒星的。进一步的分析表明，杜鹃座二号矮星系一定有一个延伸出来的巨大暗物质晕，其质量是以往认为的3-5倍。

Chiti分析道：“杜鹃座二号的质量远超过我们的想象，这意味着其他的元老星系活化石可能也具有这样的暗物质晕。”

接下来，研究人员利用位于智利的拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜此前的数据进行了跟踪分析，结果令人非常惊讶：这9颗新发现的恒星甚至比核心区域的还要更加古老。这样的观测结果是超暗矮星系具有外延暗物质晕的重要证据，这对于我们的宇宙学理论有着重要的影响。

Frebel向我们解释道：“这可能也意味着，那些最早形成的星系是在比我们想象中更大的暗物质晕中形成的。我们一直以为最早期的星系都是最小、最暗的星系，不过它们可能实际上比我们想象的要大上几倍，总之不会那么小。”

不仅如此，科学家们还从杜鹃座二号矮星系的恒星身上，发现了一些隐藏着的秘密。根据核心区域的古老恒星和星系边缘那些更加古老的恒星之间不平衡的关系，科学家们推测，杜鹃座二号可能经历过星系的合并。

在宇宙中，星系之间看似相互独立，但是也会经常在引力的作用下发生碰撞和融合。就以我们的银河系为例，在100亿年的时间里已经经历过许多次的合并。而且，在大约37.5亿年后，本星系团中最大的星系——仙女座星系就要和我们银河系上演一场宇宙大碰撞，合并成为一个更加巨大的星系。

（图片说明：银河系和仙女座星系合并时天空可能出现的场景）

不过，星系合并的过程实在太过于漫长了，动辄就要几亿年的时间才能完成，这给人类的观测带来了困难。尤其是早期宇宙的星系合并，距离过于遥远，也让我们难以观测。而杜鹃座二号的存在，意味着我们或许有了迄今为止第一次了解早期宇宙星系合并过程的研究对象。

研究人员指出：“我们可能正在见证星系合并的第一个特征，一个星系将它周围较小的原始星系邻居吞噬，然后把这个星系的所有恒星都甩到了外侧。终有一天，杜鹃座二号矮星系会被银河系毫不留情地吞噬掉，但实际上，这个古老的星系也曾有过一段它自己吞噬其他星系的岁月。”

接下来，研究人员希望对银河系周围其他的超暗矮星系进行同样的观测。如果他们还能发现更多类似于杜鹃座二号这样有更古老的恒星在星系周围运行的情况，那就意味着暗物质的确在古老星系的合并和接下来的演化过程中扮演着重要的角色。而正是这些暗物质晕所发挥的作用，才将宇宙塑造成了今天的模样。