人們發現了一個星系，它與現代宇宙中任何已知的星系不同，似乎基本上沒有恆星。這個星系——漂浮在太空中的一大塊塵埃和氣體，漫無目的地漂流，僅僅由於其在射電望遠鏡中微妙的、偶然的訊號而被發現——質量幾乎與銀河系相當，但肉眼不可見。耶魯大學天體物理學家皮特·範·多庫姆說，這一發現可能會“顛覆我們對星系形成的認知”，他沒有參與這項發現。
這個名為 J0613+52 的物體是由卡倫·奧尼爾領導的團隊發現並報告的，奧尼爾是西弗吉尼亞州綠岸天文臺的資深科學家。奧尼爾和她的同事一直在使用來自綠岸望遠鏡、巴黎南錫射電望遠鏡和現已坍塌的波多黎各阿雷西博望遠鏡的射電觀測來觀察一類已知的物體，稱為低表面亮度星系，或 LSB。這些昏暗、微小的星系通常是較大星系或小型矮星系被撕裂的碎片。
在一次計劃中使用綠岸望遠鏡（一個巨大的 330 英尺單碟望遠鏡）的觀測中，研究人員意識到他們指向了夜空中的錯誤位置。“我們錯誤地輸入了位置，”奧尼爾說。但是，望遠鏡並沒有在那個地點一無所獲，而是探測到一個類似星系的氫氣訊號，距離約 2.7 億光年。然而，在可見光觀測中，“那個區域沒有任何物體，”她說。這項發現於一月份在新奧爾良舉行的第 243 屆美國天文學會會議上公佈。
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這種奇特的組合——富含氫的射電訊號和沒有明顯的可見光——表明這個星系幾乎完全由氣體和暗物質構成，幾乎沒有任何恆星。該團隊的測量表明，銀河系閃耀著超過 1000 億顆恆星的組合光芒，比新發現的物體至少亮 10 萬倍。研究人員還設法測量了這個星系大小的氣體團旋轉的速度，這使他們能夠估計其普通物質的庫存至少為 20 億個太陽質量——大約是銀河系所含物質的十分之一，但遠大於其他 LSB 所含的物質，後者可能只有百分之一大小。奧尼爾說，很可能也存在“相當數量的暗物質”，但對暗星系確切物理尺寸的持續不確定性使得相關的暗物質估計充其量是模糊的。
最有趣的是，J0613+52 是完全孤立的，沒有鄰近星系比 3.3 億光年左右更近；事實上，銀河系似乎是該物體已知的最近的伴星。“在宇宙的這些空洞區域，氣體應該太稀薄，無法形成任何類似星系的物體，”奧尼爾說。“顯然，這不太正確。”她和她的同事推測，J0613+52 可能自早期宇宙以來就一直孤身在太空，作為一個孤立的氣體袋存在，自形成以來幾乎沒有變化，已經數十億年了。“這是我們第一次真正瞭解原始星系，”她說。“它包含來自早期宇宙的氣體，這些氣體從未轉化為恆星。”
範·多庫姆說，在提出這樣的主張之前，還需要做更多的工作。“那將非常令人興奮，”他說，“但我們需要重新觀察該區域，並確保資料中沒有故障。”範·多庫姆幫助在新墨西哥州運營的一架名為蜻蜓望遠鏡的望遠鏡，可以與其他望遠鏡一起使用，以尋找該物體黑暗中發出的微弱星光的任何證據。“我們當然計劃觀察，”他說。奧尼爾說，她的團隊也在與一些小組合作，以便“希望在今年某個時候”進行一些自己的觀測。
新墨西哥州國家射電天文臺的羅伯特·明欽觀看了奧尼爾的演講，他認為該團隊的推論是正確的。“我認為這絕對是一個真實的探測，”他說。“它看起來確實像一個原始物體。這有點像發現了一隻活恐龍，並讓它在那裡進行研究。”
如果 J0613+52 被證實是一個極其微弱且孤立的 LSB，這將使其在已知的數百個此類物體中獨一無二，那麼它可以為星系的生命提供重要的見解。“到目前為止，我們一直認為，如果你擁有銀河系的質量，那麼不形成任何恆星將是非常困難的，”範·多庫姆說。“那裡有如此多的物質。”而且，當年輕而巨大的太陽在超新星中爆炸，豐富並噴射出大量形成恆星的氣體和塵埃時，恆星往往會產生更多的恆星。然而，由於未知的原因，某些東西似乎抑制了 J0613+52 中的這種活動，儘管該星系可能隱藏著稀疏、微弱的恆星群，隨後的觀測將會發現。“這是一個極好的實驗室，可以真正檢驗我們關於恆星和星系如何形成的極端想法，”奧尼爾說。
奧尼爾說，該星系的高度隔離可能有助於解釋其恆星的缺乏，這可能是由於缺乏來自附近星系的引力推力，否則這些推力會導致形成恆星的氣體雲聚集和坍塌。“如果你在一個密度較高的區域，那沒關係，但在這種情況下，沒有鄰居，你最終會保持彌散狀態，”她說。相比之下，我們的銀河系位於密度更高的區域，即室女座超星系團，已知的最近的矮星系僅在 25,000 光年之外。如果 J0613+52 像測量結果表明的那樣旋轉，那麼它可能會具有一些形狀或結構，這將與像我們自己的星系這樣的成熟星系相匹配。“如果它確實在旋轉，你也許可以看到最終在那裡探測到的 [任何] 恆星中極其微弱的螺旋結構，”範·多庫姆說。“那將非常棒。”
綠岸望遠鏡、澳大利亞和南非的平方公里陣列以及智利的維拉·魯賓天文臺即將進行的巡天調查可能會發現更多像 J0613+52 這樣的物體（如果存在任何物體）。但就目前而言，它作為唯一的此類“暗”星系而獨立存在。“事實上，我們完全是由於自己的失誤而發現了它，這令人難以置信地驚訝，”奧尼爾說。“這是大海撈針。如果它是唯一一個，我真的會感到震驚。”