天文学家通过合并DESI遗产影像调查和双子南天文台的数据，探索了三个位于NGC 300方向的超暗矮星系。这些星系的特殊之处在于它们仅含有古老的星星，这增强了早期宇宙事件阻碍小型星系星形成的假说。
超暗矮星系代表了宇宙中最暗的一类星系。它们通常只包含几百到一千颗星星，这与银河系中的数千亿颗星星形成了鲜明对比。这些小而分散的星系往往隐藏在它们更明亮的宇宙同伴之中，使得它们在我们自己的星系附近更容易被发现。
然而，靠近银河系的这一点使得全面理解这些星系变得复杂，因为银河系的引力和加热的外气氛可能会剥夺矮星系的气体，干扰其自然发展。此外，随着天文学家超越银河系，超暗矮星系在使用常规技术和算法进行识别时变得愈发模糊和具有挑战性。
为了应对这一挑战，亚利桑那大学的天文学家大卫·桑德（David Sand）在螺旋星系NGC 300和雕塑座方向手动搜索了暗淡和超暗的矮星系。“在疫情期间，”桑德回忆道，“我在看电视并浏览DESI遗产调查查看器，专注于以前未探测过的天空区域。经过几个小时的随意搜索，我发现了它们—轰！它们非常突出。”
桑德分析的图像来自DECam遗产调查（DECaLS），这是构成DESI遗产影像调查的三个公共调查之一[1]，覆盖了14,000平方度的天空，以为正在进行的暗能量光谱仪（DESI）调查提供目标。DECaLS使用570万像素的暗能量相机（DECam）进行，此相机位于智利托洛洛国际天文台（CTIO）的国家科学基金会（NSF）维克多·M·布兰科4米望远镜上，属于NSF NOIRLab倡议的一部分。
如研究中提到的，雕塑座星系是最早在未受银河系或其他重要结构影响的原始未触摸、孤立环境中识别出的超暗矮星系。为了进一步研究这些星系，桑德及其团队利用了双子南天文台，这是国际双子天文台的一部分，部分由NSF资助，并由NSF NOIRLab管理。他们研究的发现发表在天体物理学杂志快报上，并在马里兰州国家港口的美国天文学会（AAS）第245届会议上进行新闻发布。
使用双子多目标光谱仪（GMOS），双子南天文台捕获了三个位于星系的惊人细节。分析显示，它们缺乏气体，仅含有非常古老的星星，这表明星形成实际上早已停止。这支持了现有理论，即超暗矮星系作为星星“鬼城”运作，在早期宇宙中星星的产生被停止了。
这一趋势与天文学家对这类微小星系的预期完美契合。气体对形成新星至关重要，但超暗矮星系的重力不足以保留这一重要材料，使其在宇宙的动态结构面前容易流失。
然而，雕塑座星系距离更大的星系足够远，建议它们的气体没有被更强大的邻居移除。一种可能的解释是一个称为再电离时代的事件——在大爆炸后不久，高能紫外线光在宇宙中激增，可能将微小星系中的气体蒸发掉。另一种理论认为，这些矮星系中的一些第一颗星星爆炸为超新星，以每小时3500万公里（约每小时2000万英里）的速度将气体推出这些星系。
如果再电离起了作用，那么这些星系可能会为研究早期宇宙提供有价值的洞见。“我们尚未完全理解这一再电离效应的强度或均匀性，”桑德解释道。“它可能是不均匀的，意味着它在整个宇宙中并不均匀。我们已经发现了三个位于这样的星系，但这还不够。发现数百个将是有利的，因为了解受再电离影响的部分可能揭示出有关早期宇宙的重要细节，这在其他方面难以探究。”
“再电离时代独特地将当前星系的结构与其早期形成在宇宙层面上联系起来，”国际双子天文台的NSF项目主任马丁·斯蒂尔（Martin Still）评论道。“DESI遗产调查与双子的全面后续观测的结合使科学家能够进行法医分析，以获取对宇宙及其演化到我们今天所观察状态的见解。”
为了加快寻找更多超暗矮星系的步伐，桑德及其团队正在利用雕塑座星系作为基础，训练一种名为神经网络的人工智能工具，以识别更多此类星系。这种方法旨在自动化并加速发现过程，使天文学家能够分析更大数据集并得出更重要的结论。
注
[1] DESI遗产影像调查的数据可以通过NSF NOIRLab社区科学与数据中心（CSDC）访问天文社区。
