天文学家发现了一个幽灵星系，其99%是暗物质
位于右侧虚线红圈内的低表面亮度星系CDG-2以暗物质为主，且仅包含稀疏散射的恒星。美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的完整图像在左侧。图片来源：uux.cn/NASA、欧洲航天局、李大义（多伦多大学）;图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：在宇宙的宏大格局中，星系通常会显现出来。它们闪耀着数十亿颗星星的光芒，穿越难以想象的距离。它们大胆宣告存在，用螺旋、星团和光环绘制宇宙。但并非所有星系都想被看见。
有些星系几乎看不见——被称为低表面亮度星系的暗淡幽灵结构。这些星系如此微弱，似乎融入了周围的黑暗中。它们只包含稀疏的弱恒星散布，且主要由暗物质主导，暗物质是一种神秘物质，既不反射、发射也不吸收光线。
其中一个神秘的宇宙幻影被称为CDG-2，可能是迄今发现的最强烈暗物质主导星系之一。它的故事发表在《天体物理学杂志快报》上，读起来不像是例行的发现，更像是对宇宙隐形的默默胜利。
猎捕看不见的东西
寻找一个几乎发光的银河系，有点像半夜寻找影子。传统方法却难以应对。毕竟， 望远镜能探测光线——而CDG-2几乎没有任何探测能力。
多伦多大学的大卫·李和他的团队没有直接寻找微弱的星星，而是尝试了一些巧妙的做法。他们寻找紧密聚集的球状星团——这些紧密、球形的恒星群通常绕星系运行。球状星团古老、致密且具有韧性。即使银河系其他部分几乎消失，这些星系团依然存在。
团队运用先进的统计技术梳理天文数据，寻找的不是发光的星系，而是这些小而明亮的恒星结。当几个球状星团异常靠近时，黑暗中可能潜藏着更深的东西。
他们的做法奏效了。他们鉴定出10个此前确认的低表面亮度星系和另外2个暗星系候选星系。其中有CDG-2，静静藏身于阴影中。
黑暗中的四个集群
为了确认CDG-2是否真的是一个星系——而不仅仅是星团的巧合——天文学家们转而使用了三座强大的天文台。它们结合了NASA哈勃太空望远镜的锐利视觉、欧洲航天局欧几里得空间天文台的广域能力以及夏威夷斯巴鲁望远镜的地面性能。
第一个关键线索来自哈勃。其高分辨率图像揭示了位于约3亿光年外的英仙座星系团内四个紧密的球状星系团。四个集群，紧密地聚集在一个不该孤独漂浮的地方。
但星系团本身并不是星系。球队需要更多。
后续观测利用哈勃、欧几里得和斯巴鲁的数据揭示了非凡现象——星系团周围有一层微弱的弥散光芒。几乎察觉不到，就像宇宙背景下的一抹污迹。然而，这无疑是潜藏银河系的证据。
“这是第一个仅通过其球状星团群体被探测到的星系，”李解释道。换句话说，CDG-2的发现并非因为它的恒星明亮，而是因为它的星团暴露了它的存在。
在保守假设下，这四个星系团可能代表CDG-2的整个球状星系团种群。如果是这样，这个银河系的稀少令人惊讶。
一个主要由黑暗组成的银河系
当天文学家开始估算CDG-2的性质时，这些数字讲述了一个令人震惊的故事。
该星系的总光度相当于大约600万颗类太阳恒星。这听起来很厉害，但与更明亮的星系相比，它暗得令人难以置信。更令人惊讶的是，这四个球状星团占其可见内容的16%。换句话说，CDG-2发出的微弱光中有相当一部分来自这些密集的星团。
但最令人震惊的数字是：CDG-2约99%的质量似乎是暗物质。
暗物质，按定义，是无法被观察到的。它不会发光。它不会反射光线。然而，它的引力塑造并将它们连接在一起。在CDG-2，它几乎完全占据主导地位。可见的恒星和星团只是散布在巨大无形结构上的一层薄弱散射。
这使得CDG-2成为有史以来暗物质主导的星系之一。
被剥夺了与生俱来的权利
银河系是如何变得如此幽灵般的？
答案很可能在于它的环境。CDG-2位于英仙座星团内，这是一个密集的星系群区域。在如此拥挤的社区中，重力相互作用可能剧烈且具有变革性。
研究人员认为，CDG-2的大部分正常物质——形成新恒星所需的氢气——通过与邻近星系的引力相互作用被剥离了。没有这种气体，恒星形成将被迫停滞。
剩下的是一个星系的骨架：一个巨大的暗物质晕，仅束缚着少数恒星和星团。球状星团得以存活，是因为其巨大的恒星密度和紧密的引力束缚。它们紧凑且坚韧，更能抵抗引力潮汐扰动。从某种意义上说，他们在银河系其他地方逐渐消逝时依然存在。
这些星系团成为宇宙的路标，标记着星系的位置，否则几乎无法被探测到。
看待看不见的新方式
CDG-2的发现不仅仅是识别出单个微弱星系。它展示了一种强大的新方法来寻找几乎看不见的东西。
天文学家可以利用球状星团作为示踪器，而非依赖亮度。当星系团异常靠近聚集时，它们可能暗示着暗星系的隐藏存在。统计技术和机器学习可以筛选庞大的数据集，发现这些细微的模式。
随着天空巡天规模日益扩大，这种方法将变得越来越重要。诸如欧几里得、NASA即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜和维拉·C·鲁宾天文台等任务，正在产生大量数据。在这些信息海洋中，可能存在无数微弱的星系，如CDG-2。
找到它们需要巧妙的算法和坚持——但CDG-2证明了这是可以做到的。
为什么这一发现重要
乍一看，CDG-2似乎平凡无奇。它很淡，稀疏，几乎空无一人。但正是在这份空虚中，它的重要性。
由于CDG-2约99%由暗物质组成，它提供了一个难得的机会，可以在普通物质仅扮演次要角色的环境中研究暗物质。在较亮的星系中，可见恒星和气体使情况复杂化。而这里，看不见的几乎完全占据主导地位。
CDG-2还挑战了我们对星系在密集环境中演化的理解。其剥离状态表明，星系团内部的相互作用可以深刻重塑较小的系统，剥夺未来恒星形成所需的物质。
最重要的是，这一发现表明宇宙中仍然隐藏着隐藏在明处的秘密。整个星系几乎可以被发现——不是因为它们稀有，而是因为它们几乎没有发光。
通过学会寻找细微线索——紧密聚集的球状星团、黑暗中微弱的光芒——天文学家正在打开一扇通往宇宙阴影面的新窗口。
CDG-2不仅仅是三亿光年外的一抹淡淡模糊。它证明即使在宇宙浩瀚的光辉中，一些最重要的发现也静静地等待着黑暗。
研究详情
Dayi (David) 大一 Li 李 et al，《候选暗星系2：英仙座星系团中几乎暗星系的验证与分析》，《天体物理学杂志快报》（2025年）。DOI：10.3847/2041-8213/adddab
