从表面上看，距离地球2.5 亿光年的星系似乎与其他星系并无二致，但深入观察会发现一个令人费解的怪癖：它似乎没有暗物质。
如果这些星系最终被证实没有暗物质，它可能会颠覆关于星系形成的基本理论（暗物质被认为是这个过程必不可少的）。反过来，这可能会排除这种神秘物质的主要候选者，即冷暗物质。
“原则上，这样的星系不应该存在，”荷兰格罗宁根大学天文学博士生、ASTRON（荷兰射电天文学研究所）天文学家帕维尔·曼塞拉·皮纳 (Pavel Mancera Piña) 说。暗物质被认为是将星系的恒星、气体和尘埃结合在一起的胶水。“我们无法用任何现有理论有效地解释它们，”描述这些发现的新论文的主要作者曼塞拉·皮纳 (Mancera Piña) 说。
这个星系被称为 AGC 114905，是一个超漫射星系 (UDG)。这些星系是微弱的；AGC 114905 的大小与银河系大致相同，但恒星数量却少了 1,000 倍。
当 Mancera Piña 和他的同事在 2019 年第一次观察 AGC 114905 时，他们怀疑它可能没有暗物质，因为它旋转的速度太快了。星系旋转的速度揭示了它包含多少物质；一个星系的质量越大，它的引力就越强，它的旋转速度也就越快。通过将速度与可以看到的物质数量（恒星、气体和尘埃的数量）进行比较，天文学家可以倒推来计算出必须存在多少额外的不可见物质（暗物质）才能解释星系的速度。
但是因为这个星系非常微弱，他们最初没有足够的数据来完全解析自转速度来判断它是否完全没有暗物质。所以他们回去再看一次，用新墨西哥州的一个射电天文台甚大阵列收集了 40 小时的观测数据。
通过他们的观测，绘制了星系中的气体，天文学家计算出气体移动的速度。这使他们能够计算出星系的自转速度，从而计算出星系中存在多少暗物质。但最终研究人员得出结论，暗物质似乎没有任何空间。
“当然，这就是我们所期待的，但你永远不知道，”曼塞拉·皮纳说。“还是有点意外。”
缺少暗物质
据 Live Science 先前报道，在过去，天文学家发现了一些富含暗物质的 UDG，而另一些则缺乏暗物质。后一种类型中的一些被发现在质量更大的星系附近；这一发现表明，它们可能通过与附近较大星系的相互作用失去了暗物质，而后者的引力可能已经将较小星系的暗物质带走了。但考虑到 AGC 114905 附近没有任何大型星系，这种解释不太可能，Mancera Piña 说。
这对星系形成理论提出了挑战，因为暗物质被认为对其形成至关重要，因为它的引力有助于将相对稀有的正常物质拉到一起。如果存在没有暗物质的星系，则意味着可能不需要暗物质来形成星系。
研究 AGC 114905 还为天文学家提供了一种测试暗物质性质的新方法。当前的星系形成理论依赖于一种称为冷暗物质的特殊类型的暗物质，但如果这些理论不能解释像 AGC 114905 这样奇怪的星系，那么冷暗物质也许也行不通。
“在过去的 50 年里，我们一直试图了解暗物质是什么，但我们似乎已经走到了某种死胡同，”曼塞拉·皮纳 (Mancera Piña) 说。通过仔细研究这个星系和其他类似星系，如果暗物质不是冷暗物质，天文学家或许能够对暗物质可能是什么样子提供限制。在这项研究中，研究人员还将另一种理论模型应用于暗物质，称为修正牛顿动力学，或 MOND，看看这是否可以解释星系的独特特征。然而，这个理论也无法调和星系的速度。
耶鲁大学的天文学家彼得·范·多库姆 (Pieter van Dokkum) 曾研究过暗物质缺陷的 UDG，但并未参与这项新工作，他表示，他认为新发现很有希望且意义重大，但天文学家还需要更多的研究来确定星系真正没有暗物质。
“会有很多讨论，”范多库姆说。“非凡的主张需要非凡的证据。”
研究作者计划进一步研究 AGC 114905，并正在收集对其他可能不含暗物质的 UDG 的观察结果。
研究结果于 11 月 30 日发表在预印本服务器arXiv 上，并已被《皇家天文学会月刊》杂志接受。
