天文學家們發現了兩個似乎沒有暗物質的星系，他們認為這是這個難以捉摸的粒子存在的有力證據。
當談到暗物質的本質時，天文學家們基本上還是一無所知。40多年前，人們就假設這種神秘物質的存在，以解釋星系應該如何運行的計算(基於它們的質量)與實際觀測結果之間的差異。簡而言之，它看起來就像失去了質量。因此，第一個發現這種差異的天文學家維拉•魯賓(Vera Rubin)，變出了一種看不見的物質，這種物質比“正常”物質要豐富得多，充當著宇宙大規模結構的支架。今天我們稱之為暗物質。
然而，幾十年來對這種難以捉摸的暗物質粒子的探索仍未找到它存在的直接證據。大多數宇宙學家仍然相信暗物質一定存在，但有些人已經分裂出來，提出了通過改變我們對引力的理解來解釋暗物質的其他解釋。
但現在有兩項發現對修正後的引力解釋提出了質疑。今年3月，由耶魯大學教授彼得·範·多庫姆(Pieter van Dokkum)和他的研究生沙尼·達涅利(Shany Danieli)領導的一個天文學家團隊發表了兩篇論文，一篇證實了一個似乎幾乎沒有暗物質的星系的存在，另一篇則宣佈發現了另一個類似的星系。研究人員說，具有諷刺意味的是，這些星系中似乎缺乏暗物質，卻有力地證明了暗物質的存在。
他們相信這些星系沒有暗物質的原因是他們的動力學可以用我們傳統的引力理論來預測。大多數星系中“缺失質量”的差異並不存在於此，這意味著暗物質沒有必要解釋它們的行為。這意味著，一些宇宙學家提出的修正版引力理論對這些星系運動的預測不如古老的牛頓物理學那麼清晰。
這些無暗物質星系的發現可以追溯到2014年，當時範多庫姆和他的同事們完成了蜻蜓望遠鏡的建造，這是一種新的望遠鏡，由現成的遠攝相機鏡頭製成，專門用來觀察極其微弱的天體。蜻蜓號在發出第一束光後僅僅一年，就發現了一個新的星系，其特徵是相對於它的大小，恆星極度缺乏。這個幽靈般的天體被稱為超漫射星系，其質量與我們的銀河系大致相同，但只有百分之一的質量可以歸因於像恆星這樣的“正常”物質。換句話說，範多庫姆和他的同事發現了一個由99.99%的暗物質組成的星系。
雖然這個星系是獨一無二的，但它的存在並不完全令人驚訝。大多數宇宙學家認為，密集的暗物質集合是形成像星系這樣的大型天體的一種種子。說,大意,史樂山Anže Slosar布魯克海文國家實驗室的天體物理學家是一旦暗物質達到臨界密度的集合,它在自身重力引起塌,形成所謂的“暗物質暈。“這個光環，反過來，引力吸引氫氣到它的中心，在那裡它開始形成恆星，並最終形成星系。暗物質暈的質量因星系而異，但似乎每個星系都必須至少有一些暗物質才能保持其形態。事實上，正是這個假設讓蜻蜓的下一個發現如此令人驚訝。
2016年，範多庫姆(van Dokkum)和他在耶魯大學的同事發現了NGC 1052-DF2，這是一個超漫射星系，幾乎不含暗物質，甚至完全不含暗物質。去年，耶魯大學的天文學家們在《自然》雜誌上發表了他們的研究結果，他們的宇宙學同行對此表示懷疑。這是迄今為止發現的第一個似乎沒有暗物質的星系，正如卡爾•薩根(Carl Sagan)所正確觀察到的那樣，“非凡的主張需要非凡的證據”——這正是許多宇宙學家認為耶魯團隊所缺少的。
賓夕法尼亞大學天體物理學家羅賓·桑德森(Robyn Sanderson)表示，對DF2的懷疑主要來自用於得出結論的有限數據。在這種情況下，耶魯大學的研究小組使用了在兩個晚上的時間裡觀察到的10個星團的數據。這意味著他們有可能忽略了星團運動的關鍵細節，這將扭曲他們對星系質量的估計，並削弱他們關於星系缺乏暗物質的主張。
耶魯大學的研究人員在發表有關DF2的論文時就認識到了這個可能的錯誤來源。解決這個難題的唯一方法是進行更詳細的測量，或者找到另一個具有類似DF2特徵的星系。今年3月，耶魯大學的研究小組發表了兩篇論文，就做到了這一點。
第一篇論文提供了更精確的DF2恆星速度測量。這一次，van Dokkum和Danieli不僅測量了10個星團的速度，還用夏威夷的凱克望遠鏡觀察了星團內恆星的速度。這種方法產生了更多的數據，進一步證實了該團隊早先的結論，即銀河系缺乏暗物質。
另一篇論文宣佈發現了第二個星系，DF4，它似乎也幾乎沒有暗物質，如果有的話。這不僅增加了DF2觀測準確的幾率，也意味著這種超漫星系可能並不罕見。達涅利說，兩具屍體接連被發現的事實“確實讓人放心”。不過，她說，“現在說它們是超級罕見還是相當普遍還為時過早。”為了回答這個問題，研究小組將於下月開始觀測附近的其他超漫星系。
但這並不能解釋這些奇怪的星系是如何形成的。她說，理論宇宙學家將不得不進行模擬，以確定星系是如何失去暗物質的。一個主要的理論涉及潮汐相互作用，這是天文學術語，指的是兩個相鄰星系的引力從每個星系中拉出物質並扭曲它們。DF2和DF4都位於NGC 1052星系附近，這使得它成為竊取它們暗物質的星系的有力候選者。
無論它們是如何形成的，達涅利認為，這些星系的存在是對修正後的引力理論的一個打擊。引力理論解釋了為什麼大多數星系的行為不像我們想象的那樣。
這一理論被稱為修正牛頓動力學(modified Newtonian dynamics，簡稱MOND)，它對引力進行了重新定義，從而在星系尺度上產生了不同的影響。雖然MOND已經成功地預測了數百個星系的恆星動力學，其中大部分是相對孤立的，但它必須能夠預測所有星系的動力學，從而取代暗物質成為正在流行的宇宙學理論。
正如Slosar所解釋的，DF2和DF4的發現加強了暗物質粒子存在的理由，因為這意味著它可以從正常物質中分離出來。由於這些星系的行為符合標準引力理論，利用牛頓和開普勒發現的方程式，它們對MOND提出了挑戰。
“如果你發現星系,其中一些有大量的暗物質和其中一些有點暗物質,你不能解釋它與重力的損失,除非你願意說的一部分宇宙比另一部分有不同的重力定律,也就是傻,“Slosar說。“物理學的全部意義在於找到始終存在的統一定律。這就是為什麼它是暗物質存在的論據。”
那麼，沒有暗物質的星系的存在是否對MOND構成了生存威脅呢?凱斯西儲大學的天文學家Stacy McGaugh並不這麼認為。“當DF2首次被發現時，它被描述為MOND的一個巨大問題，”McGaugh說。“經過更仔細的分析，結果證明蒙德的預測是準確的。”
McGaugh和他的同事們對DF2對MOND的影響的分析，取決於該星系與巨大的橢圓星系NGC1052的距離。在一組“合理”的假設下，結合MOND的方程式，McGaugh和他的同事們發現NGC1052對DF2的引力效應將返回與van Dokkum和Danieli實際觀測到的恆星速度相似的速度。雖然他還沒有機會對DF4進行同樣的分析，但McGaugh說，這也“似乎與MOND一致，因為它可能受到NGC 1052的影響。”
這些星系的存在提出了一系列棘手問題星系形成理論,必須佔一個星系如何被暴力剝奪了暗物質和仍然保留的相對順序,例如,在星團DF2和DF4的存在。對超漫射星系的進一步觀測能否解決暗物質的爭論?也許不會，但他們至少會對這個問題有所瞭解。
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