孤独的巨兽：M94 稀疏卫星星系族挑战星系形成理论

“巨”银河系（MW）质量星系的矮卫星星系是我们探测低质量暗物质晕的主要手段。MW 与 M31 的卫星星系数量与速度最初令星系形成理论家困惑，但现已被许多模型很好再现。然而，MW 与 M31 的卫星是否具有代表性？星系形成模型是否“过拟合”？这些问题促使人们在本星系群外深度搜寻卫星星系。我们对 MW 质量星系 M94 的“经典”卫星星系（$M_{\star}$$\geqslant$4$\times$10$^5 M_{\odot}$）在 150 kpc 投影距离内作了深度巡天。我们仅发现两颗卫星，各含 $M_{\star}{\sim}10^6 M_{\odot}$，而在具可比数据的其他四个 MW 质量系统（MW、M31、M81、M101）中有 6–12 颗此类卫星。采用占据暗物质晕的“标准”方案（取自全流体动力学 EAGLE 模拟），我们发现如此稀疏的卫星族出现在 $<$0.2% 的 MW 质量系统中——在五个样本（已知系统 + M94）中概率 $<$1%。为更频繁地产生类 M94 系统，我们使卫星星系形成远比当前预测更随机，大幅增大恒星质量–晕质量（SMHM）关系的斜率与弥散。令人惊讶的是，即便对质量高达 10$^{11}M_{\odot}$ 的晕——显著高于当前流体动力学模型预测会增加弥散的质量尺度——也必须改变 SMHM 关系。因此，这颗“孤独巨兽”的稀疏卫星族主张对 MW 质量星系周围卫星形成方式的认识作重要修正。