Magellanic 云群在 IllustrisTNG 模拟中极其罕见

大型和小型 Magellanic 云 (LMC 和 SMC) 构成距离银河系最近的相互作用星系系统，为在本地宇宙中检验宇宙学模型提供了实验室。我们利用 IllustrisTNG 项目中的流体力学模拟对 Magellanic 云群 (MCs) 出现的概率进行量化。通过哈勃太空望远镜和 Gaia 所测得的测距数据，我们对 MCs 的轨道进行约束。MCs 之间的相互距离为 $d_{\mathrm{MCs}}~=~24.5\,\mathrm{kpc}$，相对速度为 $v_{\mathrm{MCs}}~=~90.8\,\mathrm{km\,s^{-1}}$，其相空间密度为 $f_{\mathrm{MCs,obs}}~\equiv~(d_{\mathrm{MCs}} \cdot v_{\mathrm{MCs}})^{-3}~=~9.10\times10^{-11}\,\mathrm{km^{-3}\,s^{3}\,kpc^{-3}}$。我们根据其恒星质量和距离，从 MW 类似暗面中筛选出 MCs 的类比天体。在所选的 LMC 类比天体中，没有任何一个天体的总质量更高且距地球更近于 LMC，导致 $>3.75\sigma$ 的偏差。我们也发现，最高分辨率 TNG50 模拟中 $f_{\mathrm{MCs}}$ 的分布与观测结果相差 $3.95\sigma$。因此，在 $\Lambda$CDM 模型中，两个类似 MCs 的大质量卫星在狭小相空间体积中的层级聚集几乎不可能发生，可能是由于由于干涉的暗物质星系之间的动力学摩擦导致的短暂合并时间尺度。我们展示，由 LMC 类比天体领导的星系团 infiltration 无法填充银河系卫星盘 (DoS)，表明 DoS 与 MCs 在 $\Lambda$CDM 中是以物理上无关的方式形成的。由于 LMC 与 DoS 轨道极轴的 $20^\circ$ 对齐概率为 $P=0.030$ ($2.17\sigma$)，将其 $\chi^2$ 加到 $f_{\mathrm{MCs}}$ 之中，可得组合后置信度为 $P = 3.90\times10^{-5}$ ($4.11\sigma$)。