宇宙学背景下的本星系群运动学

最近的观测将 M31 相对于银河系 (MW) 的切向速度限制为$v_{tan}<34.4$ km/s，径向速度范围为$v_{rad}=-109\pm 4.4$ km/s (van der Marel et al. 2012)。在本研究中，我们使用大体积高分辨率 N 体宇宙学模拟 (Bolshoi) 结合三个约束模拟，在$\Lambda$CDM 背景下统计性地研究了这一运动学。我们在径向和切向速度、约化轨道能量 ($e_{tot}$)、角动量 ($l_{orb}$) 和无量纲自旋参数$\lambda$方面，将模拟星系对集合与观测到的本星系群 (LG) 在$1\sigma$不确定度水平上进行了比较。我们的主要结果是：(i) $\Lambda$CDM 中星系对的首选径向和切向速度为$v_{rad}=-80\pm20$ km/s，$v_{tan}=50\pm10$ km/s；(ii) 该区域周围的星系对比观测值范围内的星系对常见 3 到 13 倍；(iii) $\Lambda$CDM 中 15% 到 24% 的类 LG 星系对具有与观测一致的能量和角动量；而 (iv) 同一样本中 9% 到 13% 的星系对显示出相似的推断无量纲自旋参数值。由此可见，在当前观测不确定度内，表征 LG 轨道的准守恒量（即$e_{tot}$、$r_{orb}$和$\lambda$）并未挑战标准$\Lambda$CDM 模型，但该模型在径向和切向速度的实际值方面存在张力。这可能暗示$\Lambda$CDM 模型在重现观测到的 LG 方面存在问题。