在天文学家的传统认知里,几乎每一个星系都被一团看不见的暗物质包裹着。
这团不发光、不参与电磁相互作用的物质,质量通常是星系里所有恒星、气体和尘埃总和的几十上百倍,像隐形的引力骨架一样把普通物质聚拢在一起。
越是体量小的矮星系,暗物质的占比就越高——这是星系形成标准模型里无法打破的规律。
但在距离地球6700万光年的NGC 1052天区,一串矮星系正在颠覆这个认知。
继2018年发现DF2、2019年发现DF4之后,耶鲁大学迈克尔·凯姆带领的团队2026年6月16日在《天体物理学杂志》发表成果:同一条星系链上的DF9,同样几乎不含暗物质。
这是人类确认的第三颗无暗物质星系。
故事要从2018年的争议说起。
当时范·多库姆团队首次公布DF2的发现:这个体型和普通矮星系相当的天体,内部恒星围绕星系中心运动的速度差异却小得出奇。
通过速度差异推算出的星系引力总质量,几乎刚好等于发光区域内所有恒星的质量之和,完全不需要额外的暗物质提供引力。
这一发现在学界掀起轩然大波:有人质疑是距离测算不准导致的误差,有人认为是观测数据的偏差,甚至有观点借此否定暗物质理论本身。
没过多久,同一片天区的DF4也被证实拥有几乎完全相同的性质:同样松散的结构,同样极低的内部速度差异,同样找不到暗物质存在的实据。
两个特例出现在同一个宇宙角落,已经很难用“巧合”解释。
更有意思的线索出现在2022年:团队发现DF2和DF4并不是孤立存在的,它们是一条线性星系链的成员,这条链上整整齐齐排列着十几个暗淡的矮星系,像一串被随手撒在宇宙里的珍珠。
2025年,更关键的运动学证据浮出水面:这条链上的星系不仅空间位置排成直线,连朝向地球的整体运动速度都沿着链的方向均匀递增,说明它们是一个动力学上的整体,有着共同的起源。
一个大胆的推论随之诞生:如果这串星系来自同一次形成事件,那导致DF2、DF4失去暗物质的机制,应该也作用在了链上所有星系身上。
换句话说,这条线上的星系,大概率都没有暗物质。
要验证这个推论,DF9是最合适的目标。
它是链上除DF2、DF4之外与两者最相似的星系,尺寸、亮度和星团特征都高度接近,亮度也足够让天文学家通过光谱解析其内部的恒星运动。
研究团队用夏威夷凯克望远镜的高精度光谱仪,累计花了约10.8小时的深度曝光,捕捉到了DF9里恒星发出的微弱光线。通过分析光谱中钙吸收线的展宽,他们测算出星系内部恒星的引力速度弥散只有每秒6.5公里。
这个数字背后的物理逻辑很简单:我们可以把星系比作一个被引力拉住的旋转转盘,恒星是转盘上的小球。
如果星系里藏着大量暗物质,整体引力就会更强,小球跑得更快也不会被甩出去,恒星之间的速度差异也会更大。
按照标准的星系演化模型,DF9这样的星系如果裹着正常的暗物质晕,恒星速度弥散应该达到每秒24公里左右。
而实际测得的数值,与仅靠恒星自身引力的预期值(每秒8.3公里)在测量误差范围内完全吻合。除此之外,星系内两颗亮星团的独立测速结果,也和低速度弥散的结论一致。
也就是说,在星系发光的主要区域内,总质量几乎就等于其中所有恒星的质量之和,没有多余的暗物质分量。
为什么一串星系会集体失去暗物质?
目前最受认可的解释是子弹矮星碰撞模型,也就是矮星系尺度的子弹星系团事件。
我们可以还原一场远古时期的宇宙对撞:两个包裹着暗物质的矮星系,以极高的速度迎头相撞,在碰撞中,恒星因为彼此之间相隔极远、空间空旷,会像两群交错的飞鸟一样,几乎不受阻碍地径直穿过彼此;暗物质则因为自身完全不参与电磁相互作用,粒子间哪怕近距离接触也不会产生斥力或摩擦,同样会径直穿过碰撞区域继续向前。
但星系里的气体云就截然不同了——气体粒子会频繁碰撞、摩擦,像两团撞在一起的烟雾,在原地减速、堆积下来。
最终,暗物质和大部分恒星继续远去,留下了一堆几乎不含暗物质、只由气体组成的云团。
这些气体在自身引力下慢慢收缩,分批凝聚出恒星,最终形成了一串排列整齐、几乎不含暗物质的矮星系。
这个模型不仅能解释星系的线性排列,也能解释它们的暗物质缺失,甚至精准预言了链上所有星系都应该有相同的属性——而DF9的发现,刚好命中了这个预言。
三颗无暗物质星系的确认,远不止是给星系名录添了几个新成员。
它最关键的意义,是反过来佐证了暗物质的真实性。
如果暗物质只是我们对引力定律的误解,那所有星系的运动规律都应该保持一致,不会出现“有的星系有、有的没有”的情况。
只有当暗物质是一种真实的、可以和普通物质分离的实体时,才会出现碰撞后“暗物质先走一步,普通物质留下成团”的结果。
目前这条星系链上还有十几个更暗的星系,它们的亮度太低,以现有观测设备的能力很难精准测量其内部的恒星运动。
未来随着更强大的望远镜投入使用,天文学家有望逐一验证它们的暗物质含量,彻底解开这串宇宙珍珠链的形成之谜。
而这些脱掉了暗物质外套的奇特星系,也将成为人类研究暗物质本质的天然实验室。
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