可能有100个幽灵星系正围绕银河系运行——而人类才刚刚开始发现它们

英国杜伦大学的宇宙学家们采用了一种新技术，结合现存最高分辨率的超级计算机模拟与新颖的数学模型，预测了失踪的"孤儿"星系的存在。

他们的研究结果表明，在我们的母星系周围应存在80个甚至可能多达100个额外的卫星星系，它们以近距离轨道运行。

若望远镜能观测到这些星系，将为Lambda冷暗物质（LCDM）理论提供有力支持——该理论解释了宇宙的大尺度结构及星系形成机制。

这项持续进行的研究正在杜伦大学举办的英国皇家天文学会国家天文会议上发表。

杜伦大学主导的研究基于LCDM模型，其中原子形态的普通物质仅占宇宙总成分的5%，25%为冷暗物质（CDM），剩余70%则是暗能量。

在此模型中，星系在被称为"晕"的巨型暗物质团块中心形成。宇宙中大多数星系是低质量矮星系，其中多数围绕更庞大的星系（如我们的银河系）作卫星轨道运行。

这些神秘天体的存在长期以来对LCDM理论（亦称宇宙学标准模型）构成挑战。根据LCDM理论，银河系的伴星系数量应远超现有宇宙学模拟所能生成或天文学家实际观测到的数量。

新研究表明，银河系缺失的卫星星系是极度暗弱的星系——其母体暗物质晕几乎被银河系晕的引力完全剥离。这些所谓的"孤儿"星系在多数模拟中消失，但在真实宇宙中应能幸存。

借助新技术，杜伦大学的研究人员成功追踪了这些银河系孤儿星系的丰度、分布及特性，证明现今应存在且可观测到更多银河系卫星。随着鲁宾天文台LSST相机（近期实现首光）等望远镜设备的进步，天文学家有望探测到这些极暗弱天体，首次将其纳入人类视野。

杜伦大学物理系计算宇宙学研究所首席研究员伊莎贝尔·桑托斯-桑托斯博士表示："我们确认银河系约有60个伴卫星星系，但理论上在近距离轨道上应存在数十个更暗弱的此类星系。

"若预测成立，将进一步佐证Lambda冷暗物质理论对宇宙结构形成与演化的解释。

"观测天文学家正将我们的预测作为基准，用以比对他们获取的新数据。

"不久的将来，我们或许能发现这些'失踪'星系，这将是激动人心的突破，可能揭示宇宙如何演变成今日面貌的深层机制。"

LCDM概念是我们理解宇宙的基石。它催生了宇宙学标准模型，成为描述大尺度宇宙演化与结构最广为接受的理论框架。

该模型已通过多重检验，但近期因矮星系观测数据的异常而面临挑战。

杜伦大学研究人员指出，即使现有最精良的宇宙学模拟（除暗物质外还包含气体与恒星形成过程）也缺乏足够分辨率来研究天文学家在银河系附近发现的极端暗弱星系。

这些模拟同样无法精确追踪矮星系宿主——小型暗物质晕——在环绕银河系数十亿年轨道上的演化历程。

导致部分晕被人为破坏，使星系沦为"孤儿"。尽管模拟丢失了"孤儿"星系的晕结构，但此类星系应在真实宇宙中存续。

杜伦大学团队将宇宙学超级计算机模拟与解析模型结合，成功克服了这些数值计算难题。

其中包括维里戈联盟制作的宝瓶座模拟（Aquarius）——迄今最精细的银河系暗物质晕模拟，用于解析银河系周边预测的微尺度结构。

研究还整合了GALFORM模型——杜伦大学历时二十年开发的尖端程序，可追踪驱动星系形成与演化的详细物理过程。

结果表明，可能承载卫星星系的暗物质晕在宇宙大部分时期都环绕中央银河系晕运行，导致其暗物质与恒星质量被剥离，从而变得极其微小且暗淡。

由此研究预测：银河系周边可能存在的卫星星系总数（无论亮度如何）应比当前已知多出约80个，甚至可能达100个。

研究特别关注近期发现的约30个极度暗弱的银河系候选卫星天体。

科学界尚不确定这些是嵌入暗物质晕的矮星系，还是自引力恒星群——即球状星团。

杜伦研究人员认为，这些天体可能是其预测的暗弱卫星星系族群中的子集。

合作研究者、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所卡洛斯·弗伦克教授表示："若通过新数据发现我们预测的极暗弱卫星族群，将是LCDM星系形成理论的重大胜利。

"这也将清晰展示物理学与数学的力量。运用物理定律（通过大型超级计算机求解）和数学模型，我们能做出精确预测供装备新型强大望远镜的天文学家验证。这再好不过了。"

本研究由欧洲研究理事会通过授予弗伦克教授的"高级研究员基金"及英国科学技术设施委员会（STFC）资助。计算在宇宙学超级计算机（COSMA）上完成——该设备由STFC"先进计算研究分布式基础设施"（DiRAC）项目支持，并由杜伦大学托管。

英国皇家天文学会（RAS）2025年国家天文会议（NAM 2025）将于7月7日至11日在杜伦大学举行。

全球近千名顶尖天文学家与空间科学家将参会，学者们将展示最前沿的空间研究成果，并举办面向学校、艺术家、工业界及公众的科普活动。