(中央研究院天文及天文物理研究所研究發表，時間: 臺北時間2018年11月14日)

中研院天文所杜瑞博士及所率領團隊於搜索歐洲太空總署（European Space Agency）蓋亞衛星（Gaia Satellite，以下簡稱「蓋亞」）資料中獲驚人發現，臺灣、英、美、澳、德學者團隊近日宣佈在銀河系外圍發現一巨大星系！那個名為「唧筒座2」（Antlia 2，或簡稱為Ant 2） 的天體位置在唧筒座，迄今為止，完全躲過各樣天文探測眼目的原因有二：首先，這個天體的密度極低，其次，銀河系的盤面成了它完美的遮罩，它就躲在銀盤後面！

唧筒座2是個所謂的「矮星系」，是早在宇宙初代即已出現的天體，也是宇宙中最早形成的星系，也因此，矮星系裡的大多數恆星都有古老、質量低、金屬量貧乏（缺乏重元素）等特徵。但與我們銀河系周圍所有已知矮星系相比之下，唧筒座2的物理特性顯出極大不同：它在外觀體型上大小和「大麥哲倫雲星系」 相當，差不多是銀河系三分之一，而不尋常的是，它發出的光極少──唧筒座2比大麥哲倫雲星系黯淡約1萬倍。換句話說，唧筒座2在外觀體型上大得和其亮度不成比例，或換另一句話說，唧筒座2的光度暗淡得與外觀大小不能相稱。

蓋亞是歐洲太空總署的重大太空任務之一，這個自動式的太空觀測站從2014年開始運作。蓋亞的角解析力和哈柏太空望遠鏡相當，但它並不拍攝天空中的照片，而是測量每個視野內的恆星之位置與亮度。2018年4月，蓋亞公開發佈第二批觀測資料，一口氣向全世界公開共10億個恆星的運動和距離等資料。當時杜瑞和與他同屬於一個更大的科學團隊的同僚們，正齊聚紐約參加一場天文盛會，該會中有各種活動，目的是要讓新發佈的蓋亞資料得到充分探討。

杜瑞解釋，這個叫做「蓋亞衝刺，2018，紐約場」，是個專門激發與會者討論各式各樣的新點子的集會，其中不乏些最瘋狂的點子。我們當時想做的事情很簡單：試著利用『天琴RR型變星』這種恆星來找看看能不能找到新的銀河系伴星系。結果，在銀盤正上方那裡，確實有一小群天琴RR型變星。」

天琴RR型變星，指的是一種金屬量貧乏的古老恆星族，也是人們預期在矮星系中會發現到的一種特定恆星。天琴RR型變星的亮度會每半天週期變化，正好，藉由這種界定得明確清楚、不容置疑的脈動，天琴RR型變星不單只透露出自己的位置，也一併將其所居住的伴星系之位置也曝露出來。

論文共同作者Vasily Belokurov回憶當時聚會中的情形：「一開始，當杜瑞在會場上展示他得到的成果時，大家還不覺得有什麼好特別意外的，畢竟，每個已知的矮伴星系中都發現過有天琴RR型變星的身影。然而，仔細看它天空中的位置，就發現一些新東西了，是個先前我們所搜索的任何資料庫中從未出現或識別過的天體。」

於是研究小組趕緊和在澳洲錫丁泉天文臺的英澳望遠鏡 (AAT) 工作的同事取得聯繫。團隊中來自澳大利亞的Daniel Zucker表示：「不過，當我們細查唧筒座2的座標時，隨即意識到，拿到後續觀測資料的機會非常有限。主要是時間很寶貴，因為這個神秘的天體可以從地球上的角度加以觀測的時間，當時只剩幾天而已，幾天後，因為地球繞太陽公轉的關係，唧筒座2隨即進入接下來幾個月都無法從地球加以觀測的位置。但如果夠幸運，天氣很好，他們將有機會在所發現的少數幾個天琴RR型變星附近拍攝到其他恆星的光譜；重點是，要是有了由英澳望遠鏡取得的光譜，他們就可以進一步確認天體的性質了。事實上，他們真的有夠幸運：儘管唧筒座2已在幾乎快要看不見的邊緣，貼到地平線上了，研究小組竟然還是拿到一百多個紅巨星的光譜，來自這個猶如魅影般的星系。

研究團隊成員李婷（"Ting Li"）表示：「我第一眼看到這些光譜的印象是，我們的樣本裏頭八成是混到太多銀河系恆星了，因為訊號似乎非常強，但檢查結果卻出人意表，幾乎所有的光譜都來自唧筒座2。蓋亞的資料實在厲害，竟讓我們99%選到的是來自那個矮星系的恆星光譜。」

英澳望遠鏡取得的這些光譜是這次新發現中很重要的一環。首先，它讓研究小組得以確認這個幽靈般的天體真實地存在：因為裡頭所有的恆星都在一起移動。再經過將唧筒座2的紅移與自行運動資料加以結合，該星系的軌道也可以得到確認，並讓研究團隊瞭解到，唧筒座2從不會太靠近銀河系，大約總是保持在至少40千秒差距（kpc）左右的距離（約13萬光年）。從個別恆星的紅移分布上，他們也得知了該星系的質量。然而，其質量卻顯然遠低乎預期。唧筒座2的質量那麼小，而外觀上體型又那麼大，此兩者的組合意味的是：這個矮星系的密度非常低，低得很怪異。

論文共同作者之一的Sergey Koposov說：「唧筒座2為什麼如今質量這麼地小，最簡單的解釋就是，它正在被銀河系的潮汐力撕裂。然而，這仍然無法解釋為什麼它的體型又那麼巨碩。當星系被銀河系潮汐力吃掉質量，通常它們應該是會縮水，而不是長更大。」

如果天體在丟失物質時完全沒有可能「膨風」自己的體型外觀，那麼，這天體就必須是在當初誕生時就已經很巨大了。目前，研究小組還並沒有找出讓唧筒座2延展成如此長條型的確切過程。不過，雖然目前的星系形成理論模擬模型似乎還沒預測到會有如此大小和亮度的天體，但最近有推論表示，一些矮星系可能會因為激烈的恆星形成活動而膨脹。恆星風和超新星爆發，則把還沒用到的氣體朝外推，這削弱束縛星系的引力，讓暗物質得以向外漂移。

來自劍橋的論文團隊成員Jason Sanders則指出：「即使恆星形成能讓唧筒座2中的暗物質分佈改頭換面，其行動效率也必須前所未有地高才行。」

又或者，唧筒座2的低密度，可能意味著學界需要修改對暗物質屬性的描述。因為根據目前的主流冷暗物質模型理論預測，冷暗物質是緊密地受包裹在星系的中心之中。然而看現在新發現的這個矮星系的一派蓬鬆狀，模型可能比較需要一個較不熱衷於群聚的暗物質粒子。

同時，論文指出：「拿唧筒座2和銀河系其他60個左右的伴星系相較可知，這確是一個怪咖。」論文共同作者Matthew Walker表示，「而我們想知道的是，這個星系是否只是冰山一角呢？或許銀河系周圍還有滿多幾乎看不見的矮星系，就像這個怪咖一樣？」

事實上唧筒座2和銀河系其他的矮星系間的差距如此之大，很可能表明在現有矮星系如何形成的理論模型之中，還缺少一些重要的物理。這是個難題，卻令人興奮，解決這道題，將有助於獲取更多線索，揭示初代結構怎樣出現在早期宇宙中。找到更多像唧筒座2這樣的天體則將可以顯示究竟這樣的幽靈星系是多普遍，當務之急，研究小組也正埋首蓋亞資料中，尋找其他類似星系。

（本文稿由中研院天文所 EPO 小組譯自該團隊所共同發表之英文新聞稿）

參考連結：

論文連結：The hidden giant: discovery of an enormous Galactic dwarf satellite in Gaia DR2 ，第一作者為 G. Torrealba。