就像池塘里的涟漪揭示了扔出的石头一样，暗物质这种神秘物质的存在是通过其更广泛的宇宙影响来推断的。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。这使得去年的一个发现更加出人意料:一个奇怪的扩散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，另一些人表达了他们的怀疑，批评了对银河系距离和运动的测量。风险是巨大的:如果星系确实缺乏暗物质，这将自相矛盾地支持这种物质存在的理由。现在，原来的团队带着额外的证据回来证实他们最初的发现，再加上一个新发现的星系，它似乎也显示了同样的现象——或者更确切地说，是缺乏这种现象。曾经只有一个看起来没有暗物质的超扩散星系，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，他说:“一个物体，你总是可以把它看成独角兽，但一旦你发现了两个独角兽，你就会开始认为独角兽可能存在。”“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
这两个星系非常微弱，而且离地球很远:来自它们的恒星碎片的光子在恐龙统治的最后几天，大约6500万年前，开始向地球移动。最初的星系名为NGC 1052-DF2，大小与银河系相当，但只包含我们星系恒星的1%。新卫星NGC 1052-DF4位于同一块天空中，大小和质量大致相同。(“DF”这个名字来自他们使用蜻蜓远摄阵列(Dragonfly Telephoto Array)的发现，该阵列专门探测微弱的物体。)
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，通过观察NGC 1052-DF2的星光以及它周围星团的运动来对其进行评估。如果DF2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，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，这表明暗物质是不存在的。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10个星团的样本规模太小，不足以可靠地确定DF2的暗物质存量。
接下来，在10月份，丹尼尔利开始用一种不同的方法来解决这个问题。她使用了凯克宇宙网络成像仪，这是一种新仪器，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测量非常微弱的物体发出的光，使其成为观察NGC 1052-DF2等超扩散星系的理想仪器。事实上，这个仪器是如此之好，以至于丹尼尔利不再需要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更直接地观测到质量。
在信息方面，星光包含大量信息。通过将光分解成组成它的颜色，一种被称为光谱的方法，科学家可以通过宇宙确定恒星的组成、年龄、方向和速度。这些信息大多以谱线的形式传递，谱线是恒星光谱中由于各种化学元素的发射或吸收而形成的线性特征。Keck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距离大小可以让我们知道有多少物质与它们相互作用。物质越多(暗物质或暗物质)，恒星速度的扩散就越大。达尼埃利说:“令我们吃惊的是，我们测量了非常窄的(光谱)线，除了星系中恒星所贡献的质量以外，几乎没有空间容纳更多的质量。”没有空间容纳暗物质。
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。他们还发现了低速弥散，这支持了暗物质消失的假设。
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)是这篇论文的批评者之一。在去年发表的后续著作中，他认为，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，他对丹尼尔利和埃姆塞勒姆的最新结果感到放心。“多亏了地球上最大的望远镜上的新仪器，这才成为可能。”坦白地说，一年前我并不清楚这是否可行。“一年前，我还没准备好说这个系统一定很奇怪，因为我觉得数据并不完全支持这种测量方法。”但是现在有两个不同的团队已经测量了恒星自身的速度范围，我认为很明显这是一个奇怪的现象。
丹妮莉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》供同行评议发表。
在另一篇论文中，她描述了DF4星系，这是她和几个同事去年用哈勃太空望远镜观测到的。达尼埃利和她的同事研究了围绕DF4运转的7个星团，发现它们在缓慢地移动，这表明星系中几乎没有暗物质。总而言之，DF2和DF4几乎背靠背地隐藏在同一块天空中，这意味着存在着一整类这样的暗物质贫乏的星系，她说。
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的，以及暗物质去了哪里感到困惑。博伊兰-科尔钦说，一种可能性是附近一个大得多的星系剥离了暗物质的引力。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合;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情况，比如星系相对于地球的方向不利于获得它们运动的精确光谱测量。“我对这个制度有点纠结。这当然很有趣，也需要解释，但很可能解释得很平常，只是角度不对之类的。
有一件事是明确的:如果能毫无疑问地得到证实，星系中暗物质的缺乏将最终证明暗物质与恒星、气体、尘埃和其他常规物质是分离的，并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，一些天体物理学家开始寻找其他方法来塑造星系，并通过发展一系列名为“涌现引力”(emergent gravity)和“修正牛顿力学”(modified Newtonian dynamics)的假设来支配它们的运动。这种观点的支持者认为，大多数天文学家将暗物质塑造成的形状，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，这些条件在任何地方都可以得到。像NCG 1052 DF2和DF4这样的星系也会受到这些引力的影响，而这些理论需要以某种方式来解释这些星系的奇异之处(目前他们还没有做到)。因此，这些星系的独特之处表明，这些替代品是错误的，而暗物质肯定是罪魁祸首。
凯斯西储大学(Case Western Reserve University)天文学家、某些暗物质替代品的支持者斯泰西·麦克戈(Stacy McGaugh)指出，埃姆塞勒姆的速度-色散测量值几乎是达涅利的两倍。“我们必须声明的是，我们仍在等待这一问题的解决。”我希望看到数据是一致的。“但它只与恒星一致，与暗物质无关，这让它非常有趣。”接下来你要问的是:这是怎么发生的?它是一个固有属性吗，有像这样的星系吗?我自己的感觉是没有。
不久可能会有更明确的答案;达尼埃利说，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的物体，并对它们进行更详细的研究，”她说。
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