哈勃发现新暗星系99.9%都是暗物质，否定了对暗物质的否定理论

天文学家可能刚刚找到了宇宙中有史以来最“空”的星系，里面几乎什么都没有，除了暗物质。

发表于2026年的一项研究显示，一个被命名为CDG-2（候选暗星系2号）的天体，其暗物质含量可能超过总质量的99.9%。这一数字，远远超过此前已知任何星系的暗物质占比，让它成为潜在的宇宙极端案例。

如果得到确认，它不仅将改写我们对星系形成的认识，还可能对一类试图用“修正引力”取代暗物质的理论构成致命挑战。

一个用“侧面”找到的星系

整个矮星系Segue 1和Segue 3中仅有约1000颗恒星，总质量约为175个太阳，后者引力质量高达60万个太阳。这里圈出了组成矮卫星Segue 1的恒星。随着我们发现更小、更暗、恒星数量更少的星系，我们开始认识到这些小星系的普遍性以及它们暗物质与正常物质比值的高度;每个星系中可能有多达100个暗物质，类似于银河系，暗物质的质量是普通物质的数百倍甚至更多。

图片来源：玛拉·盖哈/凯克天文台

CDG-2的发现过程本身就很不寻常，因为研究团队根本没有直接看到它。

这个星系几乎不发光，用传统方法搜索毫无头绪。科学家换了一种思路：如果一个星系暗得无法直接观测，但它周围仍可能存在几个球状星团，那能不能通过寻找这些“伴侣”来间接锁定目标？

球状星团是由数万至数十万颗恒星紧密聚集形成的天体，通常围绕在星系周围。理论预测，即便是一个几乎没有普通物质的极暗星系，也可能在早期宇宙中形成过几个球状星团，然后将其余气体和普通物质全部吹散，只留下这几团致密的星光漂浮在巨大的暗物质晕中。

这个“几乎黑暗”的星系，昵称为努贝，是一个极其分散的星系，存在于众多其他星系中的一个星系群中。据认为，这个超弥散星系中只有少量恒星，且在一大团中性氢中，其特性源于环境因素。由于氢含量极高、恒星数量极少，它代表了传统已知星系中一个引人入胜的例外值。自最近一次重大恒星形成以来，数十亿年来，其过去的恒星形成历史几乎被抹去。

图片来源：M. Montes 等，A&A 已接受，2023年

研究团队在英仙座星系团附近，发现了四个在极小空间范围内紧密聚集的球状星团候选体。它们的位置过于集中，不像是随机排列的巧合。

更关键的是，当团队将哈勃望远镜数据与欧洲航天局欧几里得太空望远镜的深空巡天数据叠加分析后，在这四个球状星团所在的位置，检测到了极其微弱的弥散星光信号，其强度与典型的超弥散星系吻合。

为了验证这一信号不是噪声，研究人员直接在数据中注入了一个模拟的超弥散星系，测试分析软件能否将它提取出来。结果显示，模拟信号与CDG-2的真实信号强度几乎完全一致，为这一发现提供了统计上的支撑。

暗物质理论的一块压舱石

银河系合并历史重建，星系中新增的恒星质量和每次合并产生的球状星团数量。然而，这种重建存在大量不确定性，正如每次合并事件所关联的曲线所示。例如，最新的研究基于亚巨星而非球状星团（如图所示），认为盖亚-土卫二合并可能比克拉肯合并更早。

图片来源：J. M. Diederik Kruijssen 等，MNRAS，2020年

CDG-2为什么重要，需要先理解它所处的更大背景。

这是一个眨眼比较，绘制了主导星团的红星和蓝星的位置，这些星系在NGC 1277和NGC 1278星系中占主导地位。它显示NGC 1277以古老的红色球状星团为主，但NGC 1278包含许多蓝色球状星团。这表明NGC 1277星系在数十亿年前就停止了新恒星的产生，而NGC 1278拥有更多年轻的蓝色星团。虽然巨型椭圆星系可能有10,000+个球状星团，但银河系大约有150个，而一些小型星系只有少数几个。

图片来源：NASA、欧洲航天局和Z. Levay（STScI）

几十年来，暗物质一直是宇宙学的核心支柱，但它从未被直接探测到。它不发光、不反射，只通过引力效应显露存在。为了解释星系旋转曲线、宇宙微波背景辐射的涨落以及大尺度结构的分布，科学家们引入了暗物质这一概念，并发现它必须占据宇宙物质总量的约85%。

许多邻近星系，包括所有本地星系（大多聚集在最左端）的星系，都表现出质量与速度色散之间的关系，表明暗物质的存在。一般来说，星系质量越低，其暗物质与正常物质的比值越高。NGC 1052-DF2是已知第一个看似仅由普通物质组成的星系，后来于2019年DF4加入。然而，像Segue 1这样的星系则特别富含暗物质;其性质多样，暗物质无星系的理解有限，许多人质疑其本质。

图片来源：S. Danieli 等，ApJL，2019年

然而，“修正引力”理论的支持者始终认为，也许根本不存在暗物质，只是我们对引力的理解在小加速度极限下出了问题。这类理论中最著名的是MOND（修正牛顿动力学），它能够相当好地解释许多星系的旋转曲线，不需要引入任何额外的暗物质粒子。

问题在于，如果修正引力是正确的，那引力定律对所有天体都应该一视同仁，不应该出现某些星系几乎没有暗物质、而另一些星系的暗物质含量高达普通物质数百倍这种极端差异。

在英仙座星系团中，四个可能是球状星团的天体（左上图）聚集在极为狭窄的空间区域。然而，尽管存在深哈勃成像，但中心或附近没有星系或证据显示有额外恒星。因此，这被认为是候选的暗星系：CDG-1。

图片来源：P. van Dokkum 等，《美国科学会研究笔记》，2024年

CDG-2如果被确认，恰好戳中了这个要害。

一个暗物质占比超过99.9%的星系，与此前发现的几乎不含暗物质的星系DF2和DF4，同时存在于宇宙中。这种极端的多样性，用统一的修正引力定律几乎无从解释，却完美符合暗物质理论的预测框架。

热情之外，谨慎是必须的

一个候选暗星系最初通过四个紧密局限于空间区域内的球状星系团联合发现，符合以暗物质为主的星系概念。然而，这个候选天体需要后续跟踪，并识别出与主银河系天体相关的微弱、弥漫辐射。

图片来源：D. Li 等，《天体物理学杂志快报》，2026年

不过，在这个故事变成定论之前，有几个关键问题还没有答案。

这里展示的DF2星系被称为超弥散星系，拥有迄今为止已知星系中表面亮度最低的之一。当我们观察它们在星系内部的恒星时，恒星的密度可以从超弥散到超致密不等，具体取决于它们的恒星分布方式。像DF2和DF4这样的星系是超漫反射的，需要深度成像和出色的校准才能显现。在缺乏空间望远镜数据的情况下，可以结合来自专业和/或多个地面天文台的数据，揭示明亮天体附近的特征，包括微弱特征，这些特征是单一天文台无法单独揭示的。

图片来源：Z. Shen 等，ApJ，2021年

目前最迫切的，是光谱确认。四个球状星团候选体是否真的处于相同距离，彼此引力束缚，还是只是碰巧排列在同一视线方向上的独立天体？这需要专门的深度光谱观测，而这类数据目前还不存在。

此外，宿主星系本体的速度弥散测量、星族年龄分析、是否存在残余气体等参数，都需要后续观测逐一落实。

虽然人们可能需要眯起眼睛屏住呼吸，才能想象在候选暗星系CDG-2的哈勃图像（甚至堆叠的哈勃图像）中看到微弱、漫散的恒星光证据，但欧几里得数据则模糊得多。目视观察显示，弥漫的恒星光直接与之前识别的四个球状星团所在位置相关。更稳健的统计分析也证实了这一信号，这与典型的超弥散星系一致。

图片来源：D. Li 等，《天体物理学杂志快报》，2026年

值得警惕的是，CDG-2并非第一个被提名的暗星系候选体。同一团队此前发现的CDG-1，经过后续更深层成像后，至今没有找到任何弥散星光的证据，其身份仍然存疑。CDG-2的信号虽然更强，但在光谱确认到来之前，“候选”这个定语不能去掉。

科学需要的不是兴奋，而是可重复的证据。

这或许是目前最诚实的表述：CDG-2是一个令人极度兴奋的发现，也是一个还需要大量工作才能盖棺论定的发现。宇宙在给出答案之前，从不吝啬设置谜题。

信息来源：https://bigthink.com/starts-with-a-bang/hubble-dark-galaxy-modified-gravity/