還記得那個無暗物質的星系嗎？也許暗物質是存在的

一個被認為沒有暗物質的星系實際上可能充滿了暗物質。矛盾的是，這可能意味著暗物質不存在。今年3月，一組天體物理學家在《自然》上發表了一篇論文，聲稱發現了一個沒有暗物質的星系（一種無形物質，似乎在不與光相互作用的情況下施加引力）。科學家們提出了這種奇異物質的存在來解釋一種奇異現象：根據天文學家們用望遠鏡所能看到的光線，宇宙的運行方式就像有更多質量，因此也就比阿爾伯特·愛因斯坦的理論所預測的引力大得多。《自然》期刊是大新聞，這將是宇宙中發現的第一個此類物體。此外它似乎給另一種解釋宇宙怪異的理論以致命一擊：在那種理論中，引力本身的作用與我們(和愛因斯坦)所認為的有點不同。

NGC1052-DF2小星系之前被認為沒有暗物質。一篇新的論文表明，它可能含有暗物質。圖片：NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)

如果引力與愛因斯坦的方程有一點不同，那麼它在宇宙中任何地方都應該是不一樣的——包括在這個看起來似乎沒有暗物質的星系——而不僅僅是在某些地方。現在，另一組物理學家在arXiv上發表了一篇論文，聲稱這個星系的行為就好像它畢竟有暗物質一樣。如果這是真的，那就意味著暗物質的主要替代物可能仍然是真的。然而，最新的arXiv論文還沒有經過同行評議，三月的《自然》作者也不同意第二篇論文的結論。

暗物質還是別的什麼？

從3月開始的原始論文中，關於一個暗無物質星系令人震驚的宣稱，是圍繞著一群恆星在一個叫做NGC1052-DF2的薄而彌散的星系中移動的。它們似乎是按照愛因斯坦的廣義相對論的速度來預測，這是基於可見物質的(因此如果星系擁有暗物質的話，速度會比它們要慢)。這篇關於arXiv新論文提出了相反的觀點：首先作者指出NGC1052-DF2早在1976年就已經被發現，並且之前被三個不同的名字所提及:KKSG04、PGC3097693和[ks2000]04。然後利用這些名字，然後找到銀河繫上所有可用的數據，研究人員認為來自3月論文的研究人員只是錯誤地測量了銀河系和地球之間的距離。這意味著銀河系可能比原來研究人員認為的更接近我們。

天文學家根據天體的亮度和距離來計算星系的質量。如果論文中研究的星系比之前認為的離地球更近，那麼它的暗沉意味著它的質量也比研究人員想像的要小得多。新論文中的研究人員說：在新計算出的更輕質量下，星系的所有其他特徵都更有意義。它的球狀星團並不慢，因為它們在一些奇怪暗物質沙漠中，相反，它們以一個非常輕的星系正常速度運動。然而耶魯大學天體物理學家、《自然》3月論文第一作者彼得·范·多庫姆說：新arXiv分析是有缺陷的。關鍵的距離測量來自於哈勃太空望遠鏡數據，看起來他們誤讀了它。這個論證有點技術性，但本質上，他們把單個恆星的像素變化弄錯了。

如果NGC1052-DF2像他們聲稱的那樣接近，那麼這個星系將被分解成一個個恆星的海洋。然而卡納里亞斯天體物理學家、新arXiv論文第一作者伊格納西奧·特魯希略(Ignacio Trujillo)說：他和他的同事們堅持自己的估計，當圖片中對比發生變化時，可以在NGC1052-DF2的圖片中看到許多單獨的恆星。此外，我們的論文不僅使用了估計星系距離的標準，而且使用了多達五種不同的(完全獨立的)方法，所有的方法都收斂到相同的數字。

暗物質的要點

然而還有比關於遙遠小星系運動爭論更深層的東西：關於暗物質本身存在的爭論。研究人員認為NGC1052-DF2(簡稱DF2)不包含暗物質，這被認為是暗物質確實存在於宇宙中的證據——另一種理論需要引力在所有地方都有不同的表現。至少從20世紀80年代開始，一群天體物理學家就開始爭論暗物質整個概念是錯誤的科學。這些科學家認為，暗物質的提議本質上是一個無法驗證的想法，可以永遠推測，但從未被證明是錯誤的。懷疑論者認為，雖然研究人員已經發現了暗物質的間接證據，除了它對遙遠恆星和星系的引力之外，他們從未捕獲過任何一個碎片，或者直接證明了它的存在。大多數暗物質懷疑論者都對另一種理論感興趣，在這種理論中，引力有點不穩定。這一理論被稱為「修正牛頓力學」(MOND)，該理論提出了一套對銀河系尺度的物理定律微調，以消除對暗物質的需要。

這些科學家認為，如果真正的萬有引力定律與你現在在物理課本上看到的有些不同，那麼也許暗物質根本就沒有必要解釋宇宙的行為。當NGC1052-DF2的論文在3月發表時，它被呈現為蒙德的死亡knell。發現一個沒有暗物質的星系並不能證明暗物質的存在，就像沙漠不能證明湖泊的存在一樣。但蒙德沒有這種奢侈；如果修改後的物理定律是真實的，它們必須在整個宇宙中保持一致。換句話說，如果一個星系遵循非蒙德定律而不受暗物質的影響，那麼蒙德不可能是真的。

因為這個原因，DF2 "在表面上看起來是另一顆釘子。加州勞倫斯伯克利國家實驗室的天體物理學家凱瑟琳祖雷克說：出於這個原因，DF2「在表面上看起來像是蒙德的棺材裡的另一顆釘子。這就是大多數物理學家的反應，但並不是每個人。俄亥俄州凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的天體物理學家斯泰西·麥克高(Stacy McGaugh)對暗物質和MOND都進行了研究，但在最近的一篇論文中都沒有進行研究，他對此持懷疑態度。在4月的一次後續採訪中，McGaugh說：DF2的說法並不能解釋「外部場效應」（一個MOND的微調，可以讓附近的一個大星系影響DF2的行為）這表明MOND並沒有受到某些人所暗示的打擊。

DF2的說法是基於一些有問題的統計數據：研究人員測量了銀河系中僅有10個物體的速度，以計算DF2的總速度，排除了一個與其他物體表現非常不同的物體。排除異常有時是合理的，但在這個案例中，他的計算表明，將非常不同的物體包括在內，會極大地改變論文的結論。由於被遺漏的物體，星系與MOND不一致。McGaugh說，由於這個物體包含在計算中，整個星系看起來要正常得多。現在，有了這篇新的arXiv論文，仍然沒有得到同行科學家的評論，有了新的論據反對一個無暗物質的星系——以及暗物質的存在——但是這些論據刺激了探尋更多的論據，暗物質的傳奇還在繼續！

博科園-科學科普｜文：Rafi Letzter/Live Science

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