在一项新的自然天文学研究中，一个国际天体物理学家团队报告说，当微小的星系与更大的星系碰撞时，更大的星系可以剥离更小的星系的暗物质——我们无法直接看到的物质，但天体物理学家认为必须之所以存在，是因为如果没有它的引力效应，他们就无法解释诸如星系恒星运动之类的事情。

这是一种有可能解释星系如何能够在没有暗物质的情况下存在的机制——这曾经被认为是不可能的。

它始于 2018 年，当时两位天体物理学家——宇航局哈勃研究员和普林斯顿天体物理科学系的卡内基 - 普林斯顿研究员Shany Danieli以及耶鲁大学物理学和天文学教授 Pieter van Dokkum——观察到两个似乎没有存在的星系他们的大部分暗物质。

“我们预计会有很大一部分暗物质，”最新研究的合著者 Danieli 说。“这完全是一个惊喜。”

Danieli 和 van Dokkum 在 2018 年的Nature论文和几篇后续文章中报道了这一发现，使星系需要暗物质的范式陷入混乱，可能会颠覆天体物理学家所认为的星系如何工作的标准模型.

“在过去的 40 年里，人们已经确定星系有暗物质，”波莫纳学院的天文学教授、新论文的主要作者豪尔赫·莫雷诺 (Jorge Moreno) 说。“特别是，低质量星系往往具有明显更高的暗物质分数，这使得达涅利的发现相当令人惊讶。对于我们中的许多人来说，这意味着我们目前对暗物质如何帮助星系成长的理解需要紧急修正。”

为此，该团队运行了计算机模型，模拟了宇宙大片的演化——大约 6000 万光年——从大爆炸后不久开始一直运行到现在。

在他们的模型中，该团队发现了七个没有暗物质的星系。在与质量大 1000 倍的邻近星系发生几次碰撞后，它们的大部分物质被剥离，只剩下恒星和一些残留的暗物质。

“这纯粹是巧合，”莫雷诺说。“在我制作第一张照片的那一刻，我立即与 Danieli 分享了它们，并邀请她合作。”

“这令人兴奋，”达涅利说。“不像真实的宇宙那么令人兴奋，但在模拟中看到无暗物质的星系肯定会让人兴奋不已。真正酷的是，模拟并不是为了生成这些暗物质缺乏的星系而设计的，但是当 Jorge 仔细搜索模拟数据时，他发现了七个!七个似乎缺乏暗物质的星系。这是第一次有人在这种模拟中看到它。这些发现还提供了有趣的预测，我们希望进一步通过观察进行测试。”

设计新模拟的苏黎世大学教授罗伯特费尔德曼说：“这项理论工作表明，缺乏暗物质的星系应该非常普遍，尤其是在大质量星系附近。”

加州大学欧文分校的天体物理学家兼教授詹姆斯·布洛克 (James Bullock) 是世界著名的低质量星系专家，他描述了他和他的团队如何建立他们的模型，而不是为了创造没有暗物质的星系——这是他说使模型更强大，因为它没有以任何方式设计来创建他们最终发现的碰撞。“我们不预设相互作用，”布洛克说。

确认没有暗物质的星系可以在一个存在大量暗物质的宇宙中得到解释，这让像布洛克这样的研究人员松了一口气，他的职业生涯和他在其中发现的一切都取决于暗物质是使星系表现得如此的东西.

“观察到存在无暗物质星系让我有点担心，”布洛克说。“我们有一个成功的模型，经过几十年的努力开发，宇宙中的大部分物质都是黑暗的。大自然总是有可能在愚弄我们。”

但是，莫雷诺说，这种新模型证实了“你不必摆脱标准的暗物质范式”。

该标准宇宙学模型，包括暗物质的重要性，在很大程度上是由Jeremiah Ostriker开发的他是物理学名誉教授，因其基础宇宙学工作而获得 2019 年诺贝尔物理学奖。

既然天体物理学家知道一个星系可能会如何失去它的暗物质，莫雷诺和他的合作者希望这些发现能够激励研究人员在夜空中寻找真实世界的大质量星系，它们可能正在从较小的星系中剥离暗物质.

“这仍然不意味着这种模式是正确的，”布洛克说。“一个真正的测试将是看看这些东西是否存在的频率和一般特征与我们的预测相匹配。”

作为这项新工作的一部分，拥有土著血统的莫雷诺获得了切罗基领导人的许可，以命名在他们的模拟中发现的七个无暗物质星系，以纪念切罗基的七个部落：鸟、蓝、鹿、长发、油漆、野马铃薯和狼。

“我觉得与这些星系有个人联系，”莫雷诺说，他补充说，正如更大的星系剥夺了较小星系的暗物质一样，“许多土著血统的人被剥夺了我们的文化。但我们的核心依然存在，我们仍在蓬勃发展。”

发现第一个没有暗物质的星系，现在找到了形成它们的可能方法，让科学家们“离回答当今天文学和天体物理学中最有趣和最重要的问题又近了一步：什么是暗物质?” 达涅利说。