介绍
2016 年，天文学家以 彼得·范·多库姆 耶鲁大学发表 重磅炸弹 声称发现了一个如此暗淡但又如此宽阔和沉重的星系，以至于它几乎完全看不见。 他们估计这个被称为 Dragonfly 44 的星系 99.99% 都是暗物质。
一场关于 Dragonfly 44 尚未解决的特性的激烈辩论随之而来。 同时，出现了 1,000 多个同样大但暗淡的星系。
Dragonfly 44 及其同类被称为超漫射星系 (UDG)。 虽然它们可以和最大的普通星系一样大，但 UDG 异常暗淡——如此暗淡，以至于在望远镜对天空的调查中，“这是一项滤除噪音而不意外滤除这些星系的任务，”一位 Paul Bennet 说。巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家。 其他星系中丰富的明亮恒星形成气体在 UDG 中似乎已经消失，只留下一副年老恒星的骨架。
它们的存在引起了银河演化理论的轰动，但未能预测到它们。 “他们没有出现在模拟中，”van Dokkum 说。 “你必须做一些特别的事情才能让一个星系那么大而且微弱。”
出现了一些疯狂的新理论来解释 Dragonfly 44 和其他 UDG 是如何产生的。 这些巨大的光斑可能为暗物质的无形之手提供了新的证据。
太多的暗物质
当引力将气体团块和恒星团聚在一起时，它们结合的能量和动量会导致混搭膨胀和旋转。 最终出现了一个星系。
只有一个问题。 随着星系的旋转，它们应该分开。 它们似乎没有足够的质量——因此也没有足够的引力——来粘在一起。 发明暗物质的概念是为了提供缺失的引力。 在这张照片中，一个星系位于一个更大的不发光粒子团中。 这个暗物质“光环”将旋转的星系聚集在一起。
估计星系自转速度及其暗物质含量的一种方法是计算其球形星团。 “从理论的角度来看，我们不知道为什么，”班纳特说，但这些“球状星团”的数量与那些更难测量的特性密切相关。 在 2016 年的论文中，van Dokkum 计算出 Dragonfly 94 内部有 44 个球状星团——这个数字暗示着一个非常大的暗物质晕，尽管该星系的可见物质很少。
没有人见过这样的东西。 Van Dokkum 和合著者认为 Dragonfly 44 可能是一个“失败的银河系”：一个拥有银河系大小暗物质晕的星系在早期经历了一次神秘事件，夺走了它的恒星形成气体，留下了只有老化的恒星和巨大的光环。
或者没有暗物质
这个物体引起了另一个天文学家阵营的兴趣，他们认为暗物质根本不存在。 这些研究人员通过调整牛顿万有引力定律来解释星系缺少引力，这种方法称为修正牛顿动力学或 MOND。
根据 MOND 的说法，每个星系的修正引力是根据其恒星的质光比——它们的总质量除以它们的光度来计算的。 MOND 理论家并没有推测为什么力会取决于这个比率，但他们的特别公式与大多数星系的观测速度相匹配，而无需援引暗物质。
当有关 Dragonfly 44 的消息传出时，MOND 倡导者 史黛西麦高，凯斯西储大学的天文学家，根据它的质光比计算出它应该比 van Dokkum 的初步估计表明的旋转得更慢。 MOND 计算似乎与数据不符。
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但随后在 2019 年，van Dokkum 的团队降低了 Dragonfly 44 的转速 使用改进的数据. 蒙德被证明是正确的。 “Dragonfly 44 是这些数据如何演变以符合 MOND 的一个例子，”McGaugh 说。
尽管如此，对于大多数相信暗物质的天文学家来说，较慢的旋转速度只是意味着蜻蜓 44 的光环比他们想象的要小。 2020 年，一个独立小组通过计算进一步缩小了光环 球状星团明显减少, 但 van Dokkum 对这个结果提出异议。 尽管光环的大小仍不确定，但它可能比最初假设的要小，这表明蜻蜓 44 毕竟不是一个失败的银河系。
大旧星系
一个新发现的怪事使这个谜团更加复杂。
In 一篇论文 van Dokkum 的团队于 44 月发表，他们发现 Dragonfly 10 极其古老，形成于 13 亿到 XNUMX 亿年前。
但是这样一个古老的星系应该不会像蜻蜓44那么大。 早期宇宙物体往往更紧凑，因为它们在宇宙快速膨胀之前形成。
更何况，这样一个古老破旧的星系，现在应该已经被彻底撕裂了。 蜻蜓 44 聚集在一起意味着它毕竟有一个巨大的暗物质光环——可能会恢复“失败的银河系”假说。 “这是一个非常有趣的解释，所以这就是我喜欢它的原因，但我不知道它是否正确，”van Dokkum 说。
另一种解释是“高自旋”假说，它假设两个小星系在同向旋转时合并，由此产生的星系 Dragonfly 44 获得了两者的角动量。 这导致它旋转得更快，将它膨胀并吹出它的造星物质。
令人眼花缭乱的 UDG
在对 Dragonfly 44 的仔细研究中，天文学家还对大量其他超弥散星系进行了分类。 这些发现迫使他们得出结论，星系的形成方式比他们所知道的要多。
一些新发现的 UDG 似乎完全没有暗物质。 Van Dokkum 的群组 确定了一个这样的星系 2018 年，然后在附近发现了其他人的踪迹。 今年五月，团队 猜想 in 自然 这条轨迹形成于很久以前两个星系的碰撞。 碰撞减慢了星系气体的流动，但它们的暗物质却继续前进，好像什么都没发生过一样。 然后气体压缩成恒星团，最终形成一串无暗物质的星系。
与此同时，班纳特 发现了两个UDG 在 2018 年，这指向了一种不同的形成理论。 在每一种情况下，来自附近一个沉重星系的潮汐力似乎都撕裂了 UDG，将其膨胀并窃取了它的气体。 （这无法解释 Dragonfly 44，它离重星系太远了。）
令人费解的是， 九月的一篇论文 报道了 UDG 中最近的恒星形成，这与他们只拥有老恒星的想法相矛盾。
这样一系列外观相同但内部不同的 UDG 可能会验证 MOND 上的暗物质理论。 “如果恒星在一个星系中移动得非常快，而在另一个星系中移动得非常慢，这对那些替代理论来说是个大问题，”van Dokkum 说。
McGaugh 同意，如果 UDG 人群中存在“真正的异常值”，“那对 MOND 来说确实是个问题。” 然而，他补充说，“这并不能自动使暗物质成为更好的解释。”
明确的答案将需要新的望远镜。 新近运行的詹姆斯韦伯太空望远镜已经发现了遥远的星系，就像它们在早期宇宙中形成时一样，这将有助于测试和改进新生的想法。
“最重要的一点是我们仍然不知道那里有什么，”van Dokkum 说。 “有些星系我们还没有发现，它们非常大，非常近，并且具有不寻常的特性，即使在研究了几十年的天空之后，它们也不在我们目前的目录中。”
