早在2000年，一个星系在感光板上只是一个模糊的斑点。它非常巨大，大小相当于银河系，但又极其微弱，难以观测。有人给它一个目录号，然后就把它遗忘了。
它属于一个相对较新的类别，称为“超弥散星系”。它们的尺寸与我们自己的星系大致相同，但恒星数量却少了数百到数千倍，这使得它们很容易被天空中更明亮的天体所掩盖。多年后，天文学家们使用Dragonfly阵列进行了更近距离的观察，这是一个由48个长焦镜头组成的望远镜——非常适合观测像这样的巨大、微弱的天体。
天文学家 Pieter van Dokkum 和他的同事们想更多地了解这些稀疏的恒星结构是如何运作的，但对（最近在Nature上发表的）详细观察感到奇怪。这个星系似乎没有暗物质——这是天体物理学家们需要思考的一个令人费解的新证据。
到底什么是暗物质？
我们不知道暗物质到底是什么，而且“暗”可能不是最好的描述方式。研究人员还提出了其他说法，如“透明物质”、“无色物质”或“未知物质”的变体。它基本上是我们尚未发现但知道可能存在的某种东西的占位符。但我们知道这种东西是存在的。大概吧。
“我们还没有真正探测到暗物质粒子，如果它真的是粒子的话。我们只是通过它对其他事物的影响来看到暗物质，”van Dokkum说。
这些影响包括恒星和星系在宇宙中的运动，以及光绕过有质量的物体时的弯曲。
“暗物质模型在解释包括星系形成和星系在空间中的分布在内的广泛现象方面取得了巨大成功。但我们还没有真正确定它到底是什么，”van Dokkum说。
我们知道它不像我们在宇宙中看到的其他物质，但大概就这么多了。如果它存在，它有助于解释很多事情——而且构成了宇宙总质量的绝大部分。
“如果我们能用‘暗物质之眼’看到宇宙，那么我们在这些图片中看到的恒星和行星就只是这片暗物质海洋上的一点点泡沫。暗物质实际上是构建一切的骨架。在这种情况下，发现一个没有暗物质的星系是说不通的，”van Dokkum说。
这个星系里到底发生了什么？
这让我们回到了新描述的这个奇特天体。
用Dragonfly识别了这个模糊的星系后，van Dokkum和同事们开始将其与其他天空地图进行比较。他们在星系内发现了大约10个明亮的点；被称为球状星团的明亮恒星爆发。
“这让我们非常兴奋，因为这种弥散光和这些球状星团的组合确实非常 remarkable。这意味着我们可以研究这些球状星团的运动来发现这个星系的质量，”van Dokkum说。
基本上，质量越大，运动速度越快。“如果太阳的质量是现在的四倍，那么地球就必须移动两倍的速度才能保持在轨道上，否则它就会落向太阳，”van Dokkum解释道。所以，通过测量我们行星围绕太阳的运动——即使你不知道太阳的存在——你也可以确定恒星的质量。
他对星系也做了同样的事情。通过测量星系内部恒星或星团的运动，科学家们可以确定它的质量。“如果物体移动速度很快，那么就必须有大量的质量将它们维系在一起。如果它们移动速度很慢，那么质量就很小，否则它就会坍塌，”van Dokkum说。
而这个星系移动得非常非常慢。事实上，慢到星团几乎静止不动。在van Dokkum看来，这意味着这个星系不可能包含大量的暗物质。
但这并不是这个星系最令人费解的地方。它与那些表面上相似的星系相比也显得很奇怪。几年前，van Dokkum和同事们发现了一个几乎完全由暗物质组成的星系。而这个星系恰恰相反，但这两个巨大的星系团看起来却很相似。
“在这种情况下，眼睛会欺骗人。它们是两种完全不同的天体，碰巧看起来一样。这本身就非常令人兴奋，”van Dokkum说。通常，天文学家认为通过观察星系中的恒星质量就可以准确估计其中的暗物质。“这似乎适用于像银河系这样的星系。但如果下降到这些非常弥散的物体，情况似乎完全不同了。这是我们不知道的，也没有预料到的，”van Dokkum说。
这意味着什么？
一个没有暗物质的星系，矛盾的是，给那些试图寻找不涉及暗物质的宇宙结构解释的研究人员带来了麻烦。
“人们正在试图找到（暗物质），但找到它的时间越长，就越多人会想‘也许是别的东西，也许我们走错了方向’，”van Dokkum说。
一些替代策略包括重新审视我们对引力的基本理解，并否定暗物质的概念，认为恒星和星系的所有运动都可以用另一种物理学解释来理解。
但van Dokkum表示，这个天体对那些理论构成了真正的挑战。如果修正引力理论成立，暗物质不存在，那么支配所有星系的物理定律应该是相同的；解释一个星系中暗物质影响的物理结构也应该影响这个星系。因此，在这种范式转变下，这个新发现的星系似乎会违背物理定律。“这真的表明它是物质，”van Dokkum解释道。“它是星系拥有或不拥有的东西。它几乎总是拥有，但显然，有时它没有。这意味着它是一种与天体相关或不相关的物质，并且拥有独立于星系其他部分的自身存在。”
这对Jodi Cooley这样的物理学家来说是个好消息，他们正在进行旨在在地球上探测暗物质的实验。这些实验到目前为止还没有成功直接探测到暗物质，所以来自遥远星系的证据，即使是间接的，也让他们感到鼓舞。
“这告诉我应该全力以赴，”Cooley说，她没有参与这项研究。“不幸的是，它没有告诉我具体要往哪里找。但它继续证实了暗物质是粒子的观点，这让我非常高兴。”
接下来是什么？
像van Dokkum这样的天文学家正在研究其他候选者，试图弄清楚宇宙中可能存在多少这样的天体，以及它们在宇宙中的分布情况。
“然后我们将努力看看能否找到更多，我确信其他人也会，一旦结果公布，”van Dokkum说。“嗯，首先他们可能会花一些时间试图证明我们错了，”他笑着补充道。“但之后，他们就会开始寻找其他天体。”
与此同时，其他领域的物理学家也将继续他们的探索。
“在寻找暗物质的过程中，存在着一种互补性，”Cooley解释道。当她试图在地球上探测暗物质粒子时，大型强子对撞机（LHC）的科学家们正在将粒子碰撞在一起，试图制造一些暗物质粒子并研究其性质。与此同时，像van Dokkum这样的天体物理学家和天文学家则继续探索暗物质对宇宙结构的明显影响。
“如果我们想了解暗物质是什么，以及整个图景到底是怎么回事，我们希望知道我们在地球上探测到的，以及他们在对撞机上制造的，与他们在宇宙中看到的，是同一种东西，”Cooley说。“作为一个社区，我们希望有一天能够理解这个宏大的全景。”
