就像池塘中的涟漪揭示了投掷的石头一样，被称为暗物质的神秘物质的存在是通过其更广泛的宇宙影响推断出来的。天文学家无法直接看到它，但它的引力塑造了星系的诞生、形状和运动。这使得去年的一项发现更加出乎意料：一个奇怪的弥散星系，似乎根本没有暗物质。
即使一些研究人员对这一发现表示欢迎，另一些人也提出了质疑，批评对星系距离和运动的测量。风险很高：如果该星系确实缺乏暗物质，那将反过来支持物质存在的案例。现在，最初的团队带着额外的证据回来了，证实了他们最初的发现，以及新发现的第二个星系，它似乎也显示出同样的情况——或者更确切地说，是缺乏。曾经只有一个看似没有暗物质的超弥散星系，现在看来，有两个。“一个物体，你总是可以把它视为独角兽而不予理会，但是一旦你发现两只独角兽，你就会开始认为独角兽可能存在，”德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家迈克尔·博伊兰-科尔钦说，他没有参与这项研究。“然后你必须开始担心它们是如何到达那里的，它们的性质是什么以及它们有多常见？”
寻找独角兽
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这两个星系非常微弱且远离地球：来自它们稀疏恒星的光子在大约 6500 万年前恐龙统治的末期开始传播到地球。最初的星系，称为 NGC 1052-DF2，大小与银河系相当，但仅包含我们星系恒星的 1%。新的星系 NGC 1052-DF4 位于天空中的同一片区域，并且具有大致相同的大小和质量。（名称“DF”来自他们使用蜻蜓长焦阵列进行的发现，该阵列专门用于探测微弱物体。）
去年三月，耶鲁大学的莎妮·丹尼利和彼得·范·多库姆领导的研究人员发表了一项研究，该研究通过观察 NGC 1052-DF2 的星光以及环绕它的星团的运动来估算其大小。如果 DF2 包含的天文学家通常对这种星系期望的暗物质那么多，那么暗物质将提高这些星团的轨道速度。但是它们移动缓慢，这表明暗物质不存在。批评者反驳说，这些星团速度的计算不正确——并且，即使计算是正确的，也认为仅 10 个星团的样本量太小，无法可靠地确定 DF2 的暗物质库存。
接下来，在十月份，丹尼利着手使用不同的技术来解决这个问题。她使用了凯克宇宙网成像仪，这是一种新仪器，刚刚安装在夏威夷凯克 2 号望远镜巨大的 10 米主镜后面。该仪器可以测量来自非常微弱物体的光，分辨率极高，使其成为研究超弥散星系（如 NGC 1052-DF2）的理想仪器。事实上，该仪器非常出色，以至于丹尼利不再需要研究星团运动来推断星系的质量。相反，她可以直接通过星系的光来获得质量。
就信息而言，星光包含多种信息。通过将光分解成其组成颜色（一种称为光谱学的实践），科学家可以确定恒星的组成、年龄、在宇宙中的方向和速度。大部分信息都体现在光谱线中——由于各种化学元素的发射或吸收而嵌入恒星光谱中的线性特征。凯克仪器测量了 DF2 星系中大约 1000 万颗恒星的光谱。星系中最快和最慢恒星之间速度范围的大小可以了解有多少物质与它们相互作用。存在的物质越多——暗物质或其他物质——恒星速度的范围就越大。“令我们自己惊讶的是，我们测量了非常窄的[光谱]线，这为除星系中恒星贡献的质量之外的更多质量留下的空间非常小，”丹尼利说。没有暗物质的空间。
与此同时，欧洲南方天文台的埃里克·埃姆塞莱姆和同事们正在使用智利阿塔卡玛沙漠的甚大望远镜仔细研究该星系。他们也发现了低速度弥散，这支持了暗物质缺失的情况。
法国斯特拉斯堡大学的天文学家尼古拉斯·马丁是最初论文的批评者之一。在去年发表的后续工作中，他认为根据周围星团的运动来估计 DF2 星系的质量太困难了。但马丁表示，他对丹尼利和埃姆塞莱姆的最新结果感到放心。“这仅仅归功于最近安装在地球上最大望远镜上的全新仪器，这才是可行的。老实说，一年前我还不清楚这是否可行，”他指出。“一年前，我还没有准备好说这个系统一定是奇怪的，因为我觉得测量结果并没有完全得到数据的支持。但是现在有两个不同的团队已经测量了恒星本身的速度范围，我认为很明显这是一个怪异的系统。”
丹尼利在一月份在普林斯顿大学举行的暗物质会议上介绍了她的新发现，并已将其提交给《天体物理学杂志通讯》进行同行评审发表。
在另一篇论文中，她描述了 DF4 星系，她和几位同事去年使用哈勃太空望远镜对其进行了观测。通过检查绕 DF4 运行的七个星团，丹尼利和她的同事发现它们移动缓慢，表明星系中几乎没有或根本没有暗物质。她表示，DF2 和 DF4 在天空中的同一片区域近乎背靠背的发现共同表明，存在一整类这种缺乏暗物质的星系。
寻找缺失的物质
几位天文学家正在挠头思考，这样的星系最初是如何形成的，以及暗物质去了哪里。博伊兰-科尔钦说，一种可能性是附近更大的星系的引力剥离了暗物质。或者 DF2 和 DF4 可能根本不是星系，而只是一些伪装成星系的适度恒星集合；在这种情况下，这些孤立的恒星群可能形成于从另一个位置流出的碰撞气体喷流。或者可能存在更平淡的场景，例如星系相对于地球的方向不利于获得对其运动的准确光谱测量，马丁说。“我对这个系统有点矛盾。它肯定很有趣，需要解释，但很可能解释非常平凡，而且只是角度不对或类似的东西，”他说。
有一点是明确的：如果超出合理怀疑地得到证实，这些星系缺乏暗物质将最终表明这种物质可以与恒星、气体、尘埃和其他普通物质分离，并将进一步支持暗物质存在的案例。
迄今为止，尽管经过数十年的热切搜索，但没有人明确地探测到暗物质。缺乏证据导致一些天体物理学家寻找替代方法来塑造星系并支配它们的运动，方法是开发诸如“涌现引力”和“修正牛顿动力学”之类的假设类别。这些想法的支持者认为，大多数天文学家归因于暗物质的塑造可能实际上是一种现象，这种现象源于我们尚无法理解的物理学。但如果真是这样，这些条件将普遍存在。像 NCG 1052 DF2 和 DF4 这样的星系也将受到这些替代引力的影响——而这些理论需要以某种方式解释这些银河系的异常现象（而它们目前并没有这样做）。因此，这些星系本身的独特性表明这些替代方案是错误的，暗物质必定是原因。
凯斯西储大学的天文学家斯泰西·麦高夫是某些暗物质替代方案的支持者，他指出，埃姆塞莱姆的速度弥散测量值几乎是丹尼利的测量值的两倍。“我们不得不说的声明是，我们仍在等待这个问题尘埃落定。我希望看到数据是一致的，”他说。“但它与仅有恒星而没有暗物质的情况一致，这使得它非常有趣。接下来你必须问的是：这是怎么发生的？这是一种内在属性吗，只是存在这样的星系？我自己的感觉是否定的。”
更明确的答案可能很快就会出现；丹尼利说，该团队现在正在寻找其他没有暗物质的矮星系。“这些物体可能告诉我们一些关于暗物质性质的信息，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物体并更详细地研究它们，”她说。