可观测Universe第50章 Messier 60UCD1

Messier 60-UCD1（星系） · 描述：异常致密的超密矮星系 · 身份：位于室女座星系团的超紧凑矮星系距离地球约5400万光年 · 关键事实：直径仅300光年却包含约2亿颗恒星其中心可能拥有一个超大质量黑洞质量相当于整个星系的15%。

Messier 60-UCD1：宇宙中最致密的星系谜题（第一篇） 在浩瀚的宇宙星海中星系如同散落的岛屿有的庞大如本星系群中的仙女座大星系（M31）拥有数千亿颗恒星；有的则渺小如矮星系仅有数百万甚至数十万颗恒星。

但在这些“小不点”中却存在一类极端特例——超密矮星系（Ultra-Compact Dwarf Galaxies简称UDC）。

它们以令人咋舌的恒星密度挑战着人类对星系演化的认知而其中最着名的代表便是距离地球5400万光年的Messier 60-UCD1（简称M60-UCD1）。

这个直径仅300光年的“宇宙侏儒”却塞下了约2亿颗恒星其中心的超大质量黑洞更以占星系总质量15%的惊人比例成为天体物理学界的焦点谜题。

本文将从发现历程、物理特性、形成假说与环境关联四个维度揭开这位“致密星系冠军”的神秘面纱。

一、从模糊光斑到宇宙奇迹：M60-UCD1的发现之旅 M60-UCD1的发现始于天文学家对邻近星系团中“异常天体”的追踪。

故事要从室女座星系团说起——这个距离地球约5000万至6000万光年的宇宙结构包含了超过1300个星系是离银河系最近的大型星系团之一。

作为宇宙中引力作用的“实验室”室女座星系团中频繁的星系相互作用（如潮汐剥离、合并）往往会产生各种奇异天体因此成为天文学家寻找特殊星系的理想场所。

2013年由美国加州大学欧文分校（UC Irvine）的天文学家迈克尔·桑多瓦尔（Michael Sanderson）和德国马克斯·普朗克天文研究所（MPIA）的团队主导的一项研究利用哈勃太空望远镜的高级巡天相机（ACS）对室女座星系团中心区域展开深度成像。

他们的目标原本是研究星系团核心的巨型椭圆星系M60（NGC 4649）及其周围的小卫星星系但在分析M60附近一片看似“空白”的区域时意外捕捉到一个异常明亮的光斑。

这个光斑的亮度分布高度集中且在紫外和光学波段的辐射强度远超普通矮星系暗示其内部恒星密度极高。

为了确认这个光斑的性质研究团队调用了凯克天文台（Keck Observatory）的DEIMOS光谱仪进行后续观测。

光谱数据显示该天体的恒星群体以年老的贫金属星为主（金属丰度约为太阳的1/10）同时存在少量较年轻的恒星（年龄约10亿年）整体呈现出“古老核心+轻微再激活”的特征。

更关键的是通过测量其径向速度天文学家发现它正围绕M60公转轨道半径仅约12万光年是M60已知卫星星系中最靠近的一个。

基于这些数据团队将其命名为“M60-UCD1”并首次提出它可能是一个超密矮星系。

这一发现迅速引发关注。

此前的超密矮星系研究多集中于后发座星系团（Coma Cluster）例如着名的M60-UCD1的“表亲”M85-UCD1但M60-UCD1的恒星密度更高、质量更集中刷新了人类对星系致密程度的认知。

为了进一步验证其“超密”属性天文学家对比了其他类型星系的尺寸与恒星数量：银河系的直径约10万光年包含1000亿至4000亿颗恒星平均每立方光年约有0.004颗恒星；而M60-UCD1的体积仅为银河系的约（300/）3=2.7×10??倍却拥有2亿颗恒星其恒星密度约为银河系的（2×10?）/(2.7×10??×(4/3)πr3)——若以银河系的平均密度计算M60-UCD1的密度相当于将银河系的所有恒星压缩到一个直径300光年的球体内恒星间距缩小至原来的约1/300几乎接近球状星团的密集程度（球状星团直径通常为几十到几百光年包含10万至100万颗恒星）。

但M60-UCD1与球状星团存在本质区别：后者是银河系的“附属天体”几乎不含暗物质（通过恒星运动学测量球状星团的暗物质晕质量可忽略不计）且化学组成更均匀（所有恒星几乎同时形成于同一团气体云）；而M60-UCD1的光谱显示其内部存在不同年龄的恒星群体且通过引力透镜效应和动力学模型计算其总质量（包括暗物质）约为2×10?倍太阳质量其中可见恒星质量约1×10?倍太阳质量暗物质占比虽低于普通矮星系（普通矮星系暗物质占比可达90%以上）但仍显着高于球状星团。

这一特性使其被归类为“超密矮星系”而非传统球状星团。

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