新发现的两个奇怪星系或暗示着暗物质研究的重大突破！
奇异的NGC 1052-DF2星系，它是一个由恒星、气体和尘埃组成的超漫射星系，而很明显，这个星系中并没有暗物质。来源：NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)
就像池塘里的涟漪暗示着有一颗石头被扔进了池塘一样，暗物质这种神秘物质的存在，也是通过其对宇宙的广泛影响被推断出来的。天文学家无法直接看到暗物质，但暗物质的引力塑造了星系的诞生、形状和运动。这使得去年的一个发现更加出人意料：一个奇怪的漫射星系似乎根本没有暗物质。
就在一些研究人员欢呼这一发现的同时，另一些人也表达了他们的怀疑，并批评了对银河系距离和运动的测量。这个发现蕴藏着巨大的风险：如果说这个星系确实缺乏暗物质，那就将自相矛盾地承认这种物质的存在。而现在，这个完成这个发现的团队带着额外的证据回来证实他们最初的发现，再加上一个似乎也缺乏暗物质的新发现星系。曾经，宇宙中只有一个看起来缺乏暗物质的超漫射星系，但现在似乎有了两个。德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家迈克尔·博伊兰-科尔钦(Michael Boylan-Kolchin)没有参与这项研究，但他说：“如果你只看到一个物体的一个个例，你可以把它看成“独角兽”(即不真实的，不具有普遍性)，但一旦你发现了两只独角兽，你就会开始认为这种独角兽可能是真实存在的，然后你就得开始担心它们是怎么来的，它们的特性是什么，它们有多普遍。”
寻找独角兽
这两个星系发出的光亮非常微弱，而且离地球很远：来自这些未知恒星的光子在地球的恐龙时代末期就开始向地球传播(大约6500万年前)。最初名为NGC 1052-DF2的星系，大小与银河系相当，但星系中的恒星数量只有银河系恒星的1%。新发现的NGC 1052-DF4星系与前者位于同一个天空区域中，大小和质量大致相同。(“DF”这个名字来自于获得这些发现的蜻蜓望远镜头阵列(Dragonfly Telephoto Array)，该阵列专门探测微弱的宇宙物体。)
去年3月，由耶鲁大学的Shany Danieli和Pieter van Dokkum领导的研究人员发表了一项研究，该研究通过观察NGC 1052-DF2星系的星光以及它周围星团的运动来对其大小进行评估。如果DF2星系包含的暗物质与天文学家通常对这样一个星系的预期一样多的话，那么暗物质将提高这些星团的轨道速度。但是它们移动非常缓慢，这表明暗物质在该星系中并不存在。但批评人士反驳说，这些星团的速度没有得到正确的计算，而且，即使计算是正确的，他们也认为仅仅只有10个的星团样本规模太小了，不足以可靠地确定DF2星系的暗物质含量。
后来在去年10月份，Danieli开始用一种不同的方法来解决这个问题。她使用了一种名为凯克宇宙网络成像仪的新仪器，这个新仪器被安装在夏威夷凯克2号望远镜巨大的10米主镜后面，该仪器能够以极高的分辨率来测量物体发出的非常微弱的光，使其成为观察NGC 1052-DF2等超漫射星系的理想仪器。其实依靠这个如此先进的仪器，Danieli已经不再需要通过研究星团的运动来推断星系的质量，相反，她可以利用星系的星光来更直观地得到星系的质量。
至于信息方面，这些星光包含大量信息，通过将星光分解成组成它的颜色(即一种被称为光谱学的方法)，科学家可以确定恒星的组成成分、年龄、在宇宙中的方向和速度。这些信息大多以光谱线的形式传递(光谱线是恒星光谱中由于各种化学元素的发射或吸收而镶嵌在光谱中的线性特征)。凯克仪器测量了DF2星系中大约1000万颗恒星的光谱。星系中速度最快和速度最慢的恒星之间的范围可以让我们知道有多少物质与它们相互作用。物质越多(无论是暗物质或其他物质)，恒星速度的范围就越大。Danieli说：“令我们吃惊的是，我们测量到了非常窄的光谱线，除了星系中恒星所贡献的质量以外，几乎没有其他空间来容纳更多的质量。”即意味着没有空间来容纳暗物质。
与此同时，欧洲南方天文台的埃里克·埃姆塞勒姆(Eric Emsellem)和他的同事们正在智利阿塔卡马沙漠用巨型望远镜仔细观察这个星系，他们同样发现了低速度分散范围，这支持了此前缺乏暗物质的假设。
法国斯特拉斯堡大学(University of Strasbourg)的天文学家尼古拉斯·马丁(Nicolas Martin)是这篇论文的评论者之一。在去年发表的后续著作中，他认为，仅基于周围星团的运动来估计DF2星系的质量太难了。但是马丁说，他对Danieli和埃姆塞勒姆的最新结果感到放心。“多亏了地球上最大望远镜上的新仪器才使这成为可能。坦白说，一年前我并不知道这行不行得通，那时候我还没有把握去说这个星系很奇怪，因为我觉得这种测量方法并不能完全支持这个数据。但是现在有两个不同的团队已经测量了这些恒星自身的速度范围，现在我认为很明显这是一个奇怪的星系。”
Danieli上周在普林斯顿大学的暗物质会议上展示了她的新发现，并将其提交给《天体物理学杂志快报》发表以供同行评议。
在另一篇论文中，她描述了一些对DF4星系的观察结果，这些结果由她和几个同事去年用哈勃太空望远镜观测所得。Danieli和她的同事研究了围绕DF4运转的7个星团，发现它们都在缓慢地移动，这表明星系中几乎没有暗物质。他说，结合此前的研究，几乎背靠背地隐藏在同一块天空区域中的DF2和DF4星系表明，宇宙中存在着一整类这样的暗物质缺乏的星系。
寻找失踪的物质
一些天文学家对于这些星系最初是如何形成、以及星系中的暗物质去了哪里感到困惑。博伊兰-科尔钦(Boylan-Kolchin)说，一种可能性是附近一个大得多的星系的引力剥离了这些星系的暗物质。或者DF2和DF4可能根本不是星系，只是伪装成星系的普通恒星集;在这种情况下，这些孤立的恒星群可能是由来自另一个地方的气流碰撞形成的。马丁说，也有可能存在更单调的可能，比如星系相对于地球的方向不利于我们获得它们运动的精确光谱测量。“我对这个系统有点纠结。这个星系是很有趣，也需要我们去解释，但这个解释很可能会很平常，例如只是角度不对之类的。”
但有一件事是明确的：如果这种现象能毫无疑问地得到证实，星系中缺乏暗物质将最终证明暗物质与恒星、气体、尘埃和其他常规物质是可以分离的，并且将进一步支持暗物质存在的说法。
到目前为止，尽管进行了几十年的积极探索，还没有人能确定地探测到暗物质。由于缺乏证据，一些天体物理学家通过发展一系列名为“紧急引力”(emergent gravity)和“修正牛顿力学”(modified Newtonian dynamics)等的假设来开始寻找其他方法来解释塑造星系和记录星系的运动。这种观点的支持者认为，大多数天文学家认为暗物质塑造星系的作用实际上可能是一种我们还无法理解的物理现象。但如果是这样的话，我们在其他任何地方都可以观察到这些条件。像NCG 1052 DF2和DF4这样的星系也会受到这些假设引力的影响，而这些理论也会需要以某种方式来解释这些星系的奇异之处(目前这些理论还没有做到)。因此，这些星系的独特之处表明这些假设的其他理论引力是错误的，只有暗物质才是罪魁祸首。
凯斯西储大学(Case Western Reserve University)天文学家、某些假设理论引力的支持者斯泰西·麦克戈(Stacy McGaugh)指出，埃姆塞勒姆的速度-色散测量值几乎是Danieli的两倍。他说：“我们必须声明我们仍在等待这一问题得到解决，我希望看到一致的数据。但这个数据只与恒星一致，与暗物质却不一致，这就使它变得非常有趣了。接下来你可能要问：这是怎么发生的?它是一个固有属性吗，还有像这样的星系吗?我感觉没有。”
不久之后可能会有更明确的答案;Danieli说，研究小组目前正在寻找其他没有暗物质的矮星系，“也许这些天体告诉了我们一些暗物质的性质，但现在下结论还为时过早。这当然是我们的希望，但我们首先需要找到更多这样的星系，并对它们进行更详细的研究，”她说。