宇宙“幽灵”失踪了？天文学家首次发现没有暗物质的星系，挑战现有星系形成理论

一个与银河系差不多大小的异常透明的星系给天体物理学家出了个难题。3月28日，天文学家宣布，他们探测到了一个没有暗物质的星系。如果事实证明这是真的，这个叫NGC1052-DF2的星系可能是人类迄今为止发现的第一个仅由普通物质组成的星系。而根据之前成型的宇宙构建理论，暗物质从星系诞生时就存在，与可见物质如影随形。科学家估计，它大约占了宇宙的27%。因此，这项在最新一期《自然》杂志上宣布的新发现或将改写宇宙的游戏规则，挑战以往的星系演化理论。

散发幽灵般光芒的无暗物质星系发现NGC1052-DF2星系的团队最初并不是在刻意寻找无暗物质的星系，而是在用新墨西哥州的“蜻蜓长焦阵列”望远镜仔细研究大型超漫星系时发现了这个6500万光年外的“怪胎”。超漫星系是一类密度很小的星系，直到2015年才引起天文学家的注意。在照片上看，这个星系就像是透明的，我们可以透过星系的主体，清晰地看到它后方的宇宙。主导该项研究的耶鲁大学天文学家彼得·范多科姆首先发现了NGC1052-DF2星系，“我盯着那幅图像看了很久，它是如此得不可思议……就像天空中的一个幽灵。”范多科姆称，尽管这个星系非常空旷，但他们还是发现了密集的恒星团。通过望远镜的测量，范多科姆和同事计算了这些星团的移动速度。如果有正常的暗物质影响，这些星团的速度应在每小时10.8万公里左右。但是这些星团的移动速度却是每小时2.8万公里。范多科姆说，这就是没有暗物质的情况下它们的移动速度。

研究小组还计算了该星系的总质量，发现恒星几乎就是其全部的质量，对于暗物质含量，要比同等质量的星系在一般情况下所含的暗物质质量少400倍以上，甚至有可能完全没有。这一发现和当前理论中对暗物质的分布，以及暗物质对星系形成影响的预测是矛盾的。

怪星系反而证明了暗物质的存在

萨里大学的物理学家米歇尔·柯林斯博士解释说：由于星系旋转得太快，如果没有额外的暗物质存在，根据现有的物理定律来说这些星系就会塌缩。实际上，天文学家曾研究过的每个星系都有暗物质。当前理论认为，暗物质是所有星系不可或缺的一部分。它就像胶水，把恒星黏在一起，并在星系的形成过程中充当着骨架。暗物质是星系的主体。

北卡罗来纳州立大学天体物理学家凯瑟琳·麦克博士称，NGC1052-DF2星系一定是用另一种形式存在着。对于麦克来说，这个星系最令他兴奋的是它反而坐实了暗物质的存在。按照一些试图通过修正牛顿运动定律解释星系质量之谜的替代性理论，这样的星系是不会存在的。

范多科姆则表示：“找到一个没有暗物质的星系，挑战了我们认为星系如何工作的标准化思维，它暗示着暗物质是真实的。除了星系的其他成分之外，它也可以独立存在，这个结果还表明，星系形成的方式可能不止一种。”无暗物质星系是如何形成的范多科姆说：“几十年来，我们都认为星系始于一团团的暗物质。气态物质落入暗物质晕团，逐渐演化为恒星，积少成多，最后银河系就诞生了。

NGC1052-DF2星系挑战了这一标准演化模型。虽然其不能颠覆科学家对星系形成的理解，但完全可以改变天体物理学家对暗物质的定义。”范多科姆指出：“矛盾的是我们找到了一个没有暗物质的星系，就像找到一个没有骨架的身体。它到底是咋形成的？”

加州大学欧文分校天体物理学家詹姆斯·布洛克说，现在推翻原有理论还为时过早。他指出，这个名为NGC1052-DF2的星系正在围绕另一个星系旋转。这个星系可能与其他星系一样曾经有很多暗物质，而邻近的星系则将暗物质带走了。也有研究人员猜测，这个怪星系可能在早期孕育阶段经历了较大波动，或者诞生了大量大质量恒星，将气态物质和暗物质都一扫而空。

●延伸阅读

暗物质理论要被改写？

哥伦比亚大学的天体物理学家耶利米·奥斯特克表示，下一步是要弄清楚这个星系是个例还是常态。如果天体物理学家发现更多类似的星系，他们将不得不修改关于暗物质的现有理论。目前的主流理论——暗物质由所谓的弱相互作用大质量粒子（WIMP）构成，每个粒子都比质子稍重——无法解释星系中没有暗物质存在的现象。

布洛克说，如果当前的理论是错误的，那么这也会影响到捕捉地球上暗物质粒子的实验策略。

怪星系不止这一个

范多科姆和他的团队计划继续寻找类似的星系，或者任何其他奇怪的事物来挑战当前对暗物质的理解。2016年，他们曾发现一个旋转速度非常快的星系，据此推断其暗物质含量高达99.99％。“这个星系是相反方向上的一个惊喜。”他说。同样，他们也不知道这个星系是如何形成的。他们希望这些奇怪的星系能够帮助像奥斯特克和布洛克这样的理论家更好地理解暗物质是什么。范多科姆表示：“我们对暗物质知之甚少，所以任何新的理论都是受欢迎的。” （记者韩璐莹编译）

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