2015 年夏天，Ignacio Trujillo 在筛选深空图像时，鲸鱼座（“鲸鱼”）星座的一角引起了他的注意。这张快照来源于宇宙测绘斯隆数字巡天望远镜，捕捉到了几乎难以辨认的“某种东西”，它被嘈杂的像素所掩盖，可能只是一个普通的伪影或一颗路过彗星尾巴的不起眼的碎片。但西班牙加那利天体物理研究所 (IAC) 的天文学家 Trujillo 隐约希望他偶然发现了一些具有更重要宇宙意义的东西。大约四年后，当来自更好望远镜的更清晰图像传来时，果然，一个蓝色的斑点游入视野：这是一个巨大的、幽灵般的恒星和气体团，它太暗淡了，以至于逃过了其他警惕的天文学家的注意。Trujillo 说，这个极其蓬松的星系估计距离地球约 3 亿光年，“比它应该的更大更广阔”。“我们从未见过这样的东西。”
在 2023 年初，也就是首次观测到该星系近十年后，Trujillo 和他的同事们为这一发现考虑了许多名字，寻找一个能够赞扬其异常弥散外观的名字。
这位西班牙天文学家还向他当时五岁的女儿展示了这些图像。“阿米莉亚，你觉得这是什么？”他问道。“爸爸，这是一个 nube，不是吗？”她回答道。
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Nube（发音为“nooh-bey”）在西班牙语中是“云”的意思。Trujillo 说，这个名字“正是我们所构想的”。他和他的同事们在今年发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇论文中描述了这一新发现的星系。Trujillo 说，后续观测可能很快会正式将 Nube 加冕为最大的所谓超弥散星系，或 UDG——这是一类以恒星非常稀疏和相关亮度极低为特征的星系。尽管 Nube 的巨大尺寸或其分散的恒星群本身都不足以引起天文学家的太多关注，但它们共同揭示了一个恒星分布惊人地低且耐人寻味地均匀的星系。例如，研究负责人、IAC 的 Mireia Montes 说，Nube 的形状“更像煎饼”，而不是我们星系银河系的凸起圆盘。然而，这个星系“非常暗淡，你几乎看不到它”。
星系和光环都可能是近乎原始的遗迹，自从数十亿年前形成以来几乎没有改变。
人们认为它的大部分质量潜伏在周围的暗物质晕中——暗物质是一种看不见的物质，它将星系束缚在一起，但研究人员尚未直接探测到它。Montes 和她的同事认为，Nube 弥散结构的神秘平滑性表明，它的暗物质晕也同样简单——这表明星系和光环都可能是近乎原始的遗迹，自从数十亿年前形成以来几乎没有改变。这可能使 Nube 成为探测暗物质神秘性质的特别有价值的试验台。
石溪大学物理学和天文学教授 Jin Koda 说：“找到这样的东西非常罕见。”他没有参与这篇新论文。“这非常令人兴奋。”
宇宙漂流者
Nube 宇宙保存的证据得到了该星系遥远位置的加强：它漂浮在宇宙中一个孤立的口袋中，它最近的大邻居距离它足足有 140 万光年。西班牙加那利群岛大望远镜的观测表明，Nube 大约有 100 亿年的历史，因为它拥有一些具有相应年龄的古老恒星。与此同时，西弗吉尼亚州绿岸望远镜 (GBT) 12 小时数据的早期分析表明，该星系还拥有大量的原始氢——宇宙最初和最丰富的元素，也是新生恒星诞生的燃料。多伦多大学的 Ananthan Karunakaran 检测到了这种气体，他表示，该星系丰富的氢气储量表明，Nube 正在跨越数百万年孕育新一代恒星。他说，像 Nube 这样的超弥散星系中，古老恒星和原始氢的混合“并不罕见，但也不典型”。
包括 Koda 和他的团队在 2015 年在后发座星系团中发现的 800 多个 UDG 在内的大多数 UDG 都缺乏这种氢气储存。在最近关于 Nube 的数据中，气体像“心跳监视器中的脉冲”一样出现，Karunakaran 说。他指出，GBT 的观测不够清晰，无法让研究人员辨别气体是真正在星系内部，还是位于背景中尚未看到的更遥远的星系中。解决这种不确定性至关重要，因为科学家们使用氢气来估算 Nube 与地球的距离，这使他们能够推断出星系的巨大尺寸。如果探测到的氢气只是一个外部冒名顶替者，那么 Nube 实际上会更近，因此比声称的要小。
新发现的巨型星系 Nube，远处背景星系的光芒穿过其弥散的雾霾，如图所示。
凯斯西储大学的天文学家 Chris Mihos 说：“整个工作都取决于星系的正确距离。”他没有参与这篇新论文。“而这真的很难测量。”该团队计划在新墨西哥州甚大天线阵望远镜进行的后续观测可能会很快带来确定性。如果结果得到验证，Nube 可能会成为未来暗物质研究的基准天体。
“价值十亿美元的问题”
到目前为止，大多数超弥散星系都被发现与星系团中的邻居相互作用，或在大型星系旁边漂移。那么，Nube 究竟是如何成为宇宙漂流者的呢？
安大略省皇后大学的研究合著者 Kristine Spekkens 说：“这是一个价值十亿美元的问题。”Spekkens 说，Nube 可能像其他 UDG 一样，诞生于一个星系群中，该星系群的居民可能在很久以前“摇晃或搅动”了它，剥夺了它的大部分恒星，并将其转变成所谓的潮汐矮星系，然后 Nube 才溜走。然而，Nube 没有显示出潮汐矮星系典型的抛射恒星尾迹。它也没有显示出过去与最近的大邻居，也是可能的祖先星系 UGC 929 相互作用的其他明显迹象，UGC 929 位于 Nube 后视镜中约 140 万光年处。Mihos 同意 Nube 最初看起来不像潮汐矮星系。“但这与说它永远不是潮汐矮星系并不完全相同，”他说。
第二种纯粹假设但又引人入胜的可能性是，Nube 生来就很奇怪。基于宇宙学的规范 Lambda-CDM 模型（其中“Lambda”和“CDM”分别代表“暗能量”和“冷暗物质”）的星系形成模拟可以轻松地精确再现各种星系类型。但 Montes 说，到目前为止，它们未能复制 Nube 的“煎饼”结构。“即使在更极端的情况下，Nube 也太过分了，”她补充道。
然而，在结合了另一种领先的暗物质候选者——超轻轴子的模拟中，该星系的怪异特征得到了很好的复制。这些是假设的亚原子粒子，因其极低的质量而得名，就其引力效应而言，它们与冷暗物质几乎没有区别——除了它们对早期宇宙扰动的微妙平滑作用。科学家怀疑，这些尚未被发现的弥漫太空的粒子可能是宇宙“缺失”质量的原因。
华盛顿大学的理论粒子物理学家 Masha Baryakhtar 说：“轴子是超出物理学标准模型的非常令人兴奋的候选者。”他没有参与这项新研究。“它们解决了标准模型中的许多突出问题。”
Montes 和她的同事们得出结论，如果轴子是暗物质，它们可能解释了像 Nube 这样的极端 UDG 如何在明显与其他星系隔离的情况下形成。
卡内基梅隆大学研究暗物质的天体物理学家 Matthew Walker 说：“如果这是真的，那就太棒了。”他没有参与这项新工作。Walker 说，Nube 对标准宇宙学模拟的蔑视在“目前看来是合理的”，尽管他补充说，星系的怪异性并不能保证新的物理学。“给他们几年时间，模拟器就会弄清楚如何做到这一点。在这种情况下，也很有可能会变成这样。”
与此同时，Monte 和她的团队——以及无疑还有其他人——将会在深空中搜寻更多像 Nube 这样的星系，希望发现它并非独一无二仍然可以在我们对宇宙的理解中产生独特的突破。