天文学家们无法就这个没有暗物质的奇怪星系达成一致

在距离地球约 6000 万光年的地方，离我们银河系的邻近区域不远，一个奇怪的小星系正引发宇宙的轰动。这个小小的独立宇宙拥有的恒星比普通星系少得多。但让天文学家们感到惊讶的并不是恒星的稀少。这个绰号为 DF2 的星系，似乎也缺乏任何显著的暗物质。

由于 DF2 将是第一个已知的没有神秘物质的星系，它的发现消息在 2018 年迅速传遍了天文学界。如果得到证实，一个没有暗物质的星系将彻底颠覆我们对星系如何形成和演化的理解。迄今为止，我们所知的每个星系都含有相当大一部分的不可见物质，所以找到一个没有它的星系意味着两种可能性之一：要么 DF2 从一开始就没有暗物质，要么它在生命过程中以某种方式设法摆脱了暗物质。

但非凡的主张需要非凡的证据。而根据至少一组研究人员的说法，DF2 缺乏暗物质的证据并不成立。

DF2globularclusters — 为了确定星团围绕 DF2 旋转的速度，研究人员分析了用凯克天文台拍摄的光谱吸收线。这使他们能够确定每个星团的速度，然后利用这些速度计算出星系的整体质量。（图片来源：双子座天文台/NSF/AURA/W.M. Keck Observatory/Jen Miller/Joy Pollard）
双子座天文台/NSF/AURA/W.M. Keck Observatory/Jen Miller/Joy Pollard

DF2 是什么？

DF2 是一类称为超弥散星系 (UDGs) 的独特星系中的一员。尽管 UDG 的尺寸可以和银河系一样大——跨度约 10 万光年——但这些朦胧的幽灵所含的恒星比我们的银河系少数百到数千倍。这使得它们几乎是透明的，因此天文学家很难详细观测它们。

为了探测 DF2 的性质，由耶鲁大学的 Pieter van Dokkum 领导的研究人员在 DF2 中识别了 10 个球状星团（由古老恒星组成的大型球状群体），并测量了它们围绕 DF2 运行的速度。令他们惊讶的是，他们发现球状星团的运行速度非常缓慢，与我们在其他充满暗物质的星系中看到的相比。这使他们得出结论，DF2 最多只含有微量的暗物质。毕竟，如果它含有更多暗物质，星团的速度应该会快得多。

但并非所有人都同意 van Dokkum 的结论。

“我早就注意到的一点是，这个星系不仅因缺乏暗物质而显得异常，而且还拥有一群异常明亮的球状星团，” 负责主要反驳 DF2 距离研究的加那利天体物理研究所的 Ignacio Trujillo 说。“我记得当时想：‘同时出现两个异常真的很奇怪。’” 这让 Trujillo 考虑 DF2 是否真的像 van Dokkum 的团队认为的那样遥远。

如果 DF2 像 van Dokkum 猜测的那样，距离地球约 6400 万光年，那么这个星系将是第一个没有暗物质的星系的有力候选者。但 Trujillo 说，如果 DF2 更近，那么该星系观测到的性质会或多或少符合你对普通、以暗物质为主的星系的预期。

DF2 的距离

为了检验他们的理论，Trujillo 和他的团队着手使用五种不同的方法来确定他们自己对 DF2 的距离估计——这些方法的可信度各不相同。

其中两种方法依赖于分析 DF2 的球状星团的亮度和大小。根据短期距离阵营的说法，如果 DF2 比最初认为的更近一些，那么该星系的球状星团将不再显得异常大和明亮。他们还将 DF2 的性质与一个名为 DD044 的类似星系进行了比较，该星系的距离估计更可靠，并且他们还使用了与原始团队相同的方法重新计算了 DF2 的距离。

最后，Trujillo 的团队分析了 DF2 的红巨星分支顶端 (TRGB) 及其颜色-星等图 (CMD)，该图绘制了星系内恒星的温度和亮度。因为最亮的红巨星在红外光下观察时都具有相同的真实亮度，所以唯一会极大地影响它们在我们看来有多亮的因素就是它们的距离。

“如果数据质量良好，这是测量星系距离的最准确方法，” Trujillo 说。根据所有五种方法，Trujillo 及其团队估计 DF2 可能只有约 4200 万光年远，而不是最初估计的 6400 万光年。

但 van Dokkum 对这种竞争性的距离测定并不信服。

去年，他的团队发表了又一篇论文作为回应。他们的结果是：DF2 距离约 6100 万光年，这意味着 DF2 仍然含有微量的暗物质。