天文學家長期以來一直認為，暗物質是將星系維繫在一起的無形支架。如果沒有暗物質巨大的引力拉扯，星系的旋轉速度將會讓它們分崩離析。但現在，科學家們發現了一串似乎完全缺乏暗物質的星系。這串星系中的最新成員，被稱為 NGC 1052-DF9，發表在一篇由耶魯大學的 Michael Keim、Pieter van Dokkum 及他們的團隊撰寫的新論文中，該論文已在 arXiv 上預印本形式提供。這項發現為一個被稱為「子彈矮星系」碰撞情境的激進星系形成理論提供了可信度，該理論在過去十年來一直備受爭議。
早在 2018 年，van Dokkum 博士和他的團隊發表了另一篇研究論文，詳細介紹了一個名為 NGC 1052-DF2 (DF2) 的超彌散星系。這個星系的大小與銀河系相當，但其中的恆星數量卻少了多達 500 倍。它如此分散，以至於你可以清楚地看到其他古老的星系在其中閃耀。這是第一個暗示星系可以存在而無需暗物質維繫的跡象。
DF2 的發現證明了暗物質是一種可以與普通物質分離的獨立物理物質。這對修正牛頓動力學 (MOND) 造成了嚴重打擊，MOND 是為了解釋為何星系邊緣的恆星運動速度過快而設計的。MOND 認為，在極低的加速度下，例如星系邊緣的恆星所經歷的加速度，引力會比預期的作用得更強一些。
MOND 本身試圖描述一種自然法則——而暗物質則透過一種物理物質來解決相同的問題。DF2 提供了一個絕佳的實驗場來相互測試這兩種理論。根據 MOND 的說法，像 DF2 這樣的彌散星系，在其低內部加速度環境下，應該會產生它所預測的增強引力。因此，如果 MOND 是正確的，DF2 的恆星運動速度應該遠快於其可見質量所能解釋的。
但研究人員看到的並非如此。他們發現恆星的運動速度很緩慢，這完全可以用經典、未修正的牛頓動力學來解釋。因此，DF2 的發現對 MOND 提出了致命的悖論。如果 MOND 是物理學的基本定律，它應該適用於所有物質——一個星系不能僅僅「選擇退出」引力定律。但 DF2 中觀察到的「正常」引力證明了在其他星系中看到的「額外引力」並非普遍規則。
當新的數據進入科學辯論時，通常會出現許多分歧。有幾篇論文發表，質疑 DF2 的距離計算，這可能會解釋其恆星為何以那樣的速度運動。但隨後哈伯望遠鏡對其進行了觀測，並證實了距離。更重要的是，van Dokkum 博士和他的團隊發現了另一個星系。這個星系被稱為 DF4，它與 DF2 形成了一個緊密的直線尾巴，並具有許多相同的特性。
這篇最新的論文介紹了 NGC 1052-DF9 (DF9)，它正好落在 DF2 和 DF4 之間的「尾巴」上，證實了這種模式。此刻，數據穩確地指向了一串超彌散星系，它們似乎就是缺乏暗物質。那麼問題就來了——它們為何缺乏暗物質？
根據研究團隊的說法，最可能的解釋是「子彈矮星系」碰撞理論。本質上，這是兩顆星系以驚人的速度碰撞時發生的情況。DF2、DF4 和 DF9 之間的尾跡強烈表明，它們都是在一次單一的災難性事件中形成的。而該事件最有可能是一次「子彈矮星系」碰撞。
想像兩顆富含氣體的矮星系朝彼此高速飛去。由於暗物質只透過引力相互作用，將這些星系維繫在一起的暗物質暈就像幽靈一樣直接穿過彼此。但普通物質，在此情況下是巨大的氣體雲，卻在一次大規模碰撞中物理上相互碰撞。這次碰撞將氣體與其暗物質分離，引發了大規模的恆星形成爆發，並留下了一串完全沒有暗物質的星系。
DF9 缺乏暗物質，正如「子彈矮星系」碰撞理論所預測的那樣，是該理論的一大勝利。但這可能不是最後一個。接下來，該團隊希望測量尾跡上第四或第五個星系的運動學，儘管它們離得越遠，就越黯淡。目前，DF9 證明了暗物質的存在，以及宇宙建造星系的方式可以多麼極端和劇烈。