2015 年夏天，Ignacio Trujillo 在篩選深空影像時，鯨魚座（“鯨魚”）星座的一角引起了他的注意。這張快照來源於宇宙測繪斯隆數字巡天望遠鏡，捕捉到了幾乎難以辨認的“某種東西”，它被嘈雜的畫素所掩蓋，可能只是一個普通的偽影或一顆路過彗星尾巴的不起眼的碎片。但西班牙加那利天體物理研究所 (IAC) 的天文學家 Trujillo 隱約希望他偶然發現了一些具有更重要宇宙意義的東西。大約四年後，當來自更好望遠鏡的更清晰影像傳來時，果然，一個藍色的斑點遊入視野：這是一個巨大的、幽靈般的恆星和氣體團，它太暗淡了，以至於逃過了其他警惕的天文學家的注意。Trujillo 說，這個極其蓬鬆的星系估計距離地球約 3 億光年，“比它應該的更大更廣闊”。“我們從未見過這樣的東西。”
在 2023 年初，也就是首次觀測到該星系近十年後，Trujillo 和他的同事們為這一發現考慮了許多名字，尋找一個能夠讚揚其異常彌散外觀的名字。
這位西班牙天文學家還向他當時五歲的女兒展示了這些影像。“阿米莉亞，你覺得這是什麼？”他問道。“爸爸，這是一個 nube，不是嗎？”她回答道。
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Nube（發音為“nooh-bey”）在西班牙語中是“雲”的意思。Trujillo 說，這個名字“正是我們所構想的”。他和他的同事們在今年發表在《天文學與天體物理學》雜誌上的一篇論文中描述了這一新發現的星系。Trujillo 說，後續觀測可能很快會正式將 Nube 加冕為最大的所謂超彌散星系，或 UDG——這是一類以恆星非常稀疏和相關亮度極低為特徵的星系。儘管 Nube 的巨大尺寸或其分散的恆星群本身都不足以引起天文學家的太多關注，但它們共同揭示了一個恆星分佈驚人地低且耐人尋味地均勻的星系。例如，研究負責人、IAC 的 Mireia Montes 說，Nube 的形狀“更像煎餅”，而不是我們星系銀河系的凸起圓盤。然而，這個星系“非常暗淡，你幾乎看不到它”。
星系和光環都可能是近乎原始的遺蹟，自從數十億年前形成以來幾乎沒有改變。
人們認為它的大部分質量潛伏在周圍的暗物質暈中——暗物質是一種看不見的物質，它將星系束縛在一起，但研究人員尚未直接探測到它。Montes 和她的同事認為，Nube 彌散結構的神秘平滑性表明，它的暗物質暈也同樣簡單——這表明星系和光環都可能是近乎原始的遺蹟，自從數十億年前形成以來幾乎沒有改變。這可能使 Nube 成為探測暗物質神秘性質的特別有價值的試驗檯。
石溪大學物理學和天文學教授 Jin Koda 說：“找到這樣的東西非常罕見。”他沒有參與這篇新論文。“這非常令人興奮。”
宇宙漂流者
Nube 宇宙儲存的證據得到了該星系遙遠位置的加強：它漂浮在宇宙中一個孤立的口袋中，它最近的大鄰居距離它足足有 140 萬光年。西班牙加那利群島大望遠鏡的觀測表明，Nube 大約有 100 億年的歷史，因為它擁有一些具有相應年齡的古老恆星。與此同時，西弗吉尼亞州綠岸望遠鏡 (GBT) 12 小時資料的早期分析表明，該星系還擁有大量的原始氫——宇宙最初和最豐富的元素，也是新生恆星誕生的燃料。多倫多大學的 Ananthan Karunakaran 檢測到了這種氣體，他表示，該星系豐富的氫氣儲量表明，Nube 正在跨越數百萬年孕育新一代恆星。他說，像 Nube 這樣的超彌散星系中，古老恆星和原始氫的混合“並不罕見，但也不典型”。
包括 Koda 和他的團隊在 2015 年在後發座星系團中發現的 800 多個 UDG 在內的大多數 UDG 都缺乏這種氫氣儲存。在最近關於 Nube 的資料中，氣體像“心跳監視器中的脈衝”一樣出現，Karunakaran 說。他指出，GBT 的觀測不夠清晰，無法讓研究人員辨別氣體是真正在星系內部，還是位於背景中尚未看到的更遙遠的星系中。解決這種不確定性至關重要，因為科學家們使用氫氣來估算 Nube 與地球的距離，這使他們能夠推斷出星系的巨大尺寸。如果探測到的氫氣只是一個外部冒名頂替者，那麼 Nube 實際上會更近，因此比聲稱的要小。
新發現的巨型星系 Nube，遠處背景星系的光芒穿過其彌散的霧霾，如圖所示。
凱斯西儲大學的天文學家 Chris Mihos 說：“整個工作都取決於星系的正確距離。”他沒有參與這篇新論文。“而這真的很難測量。”該團隊計劃在新墨西哥州甚大天線陣望遠鏡進行的後續觀測可能會很快帶來確定性。如果結果得到驗證，Nube 可能會成為未來暗物質研究的基準天體。
“價值十億美元的問題”
到目前為止，大多數超彌散星系都被發現與星系團中的鄰居相互作用，或在大型星系旁邊漂移。那麼，Nube 究竟是如何成為宇宙漂流者的呢？
安大略省皇后大學的研究合著者 Kristine Spekkens 說：“這是一個價值十億美元的問題。”Spekkens 說，Nube 可能像其他 UDG 一樣，誕生於一個星系群中，該星系群的居民可能在很久以前“搖晃或攪動”了它，剝奪了它的大部分恆星，並將其轉變成所謂的潮汐矮星系，然後 Nube 才溜走。然而，Nube 沒有顯示出潮汐矮星系典型的拋射恆星尾跡。它也沒有顯示出過去與最近的大鄰居，也是可能的祖先星系 UGC 929 相互作用的其他明顯跡象，UGC 929 位於 Nube 後視鏡中約 140 萬光年處。Mihos 同意 Nube 最初看起來不像潮汐矮星系。“但這與說它永遠不是潮汐矮星系並不完全相同，”他說。
第二種純粹假設但又引人入勝的可能性是，Nube 生來就很奇怪。基於宇宙學的規範 Lambda-CDM 模型（其中“Lambda”和“CDM”分別代表“暗能量”和“冷暗物質”）的星系形成模擬可以輕鬆地精確再現各種星系型別。但 Montes 說，到目前為止，它們未能複製 Nube 的“煎餅”結構。“即使在更極端的情況下，Nube 也太過分了，”她補充道。
然而，在結合了另一種領先的暗物質候選者——超輕軸子的模擬中，該星系的怪異特徵得到了很好的複製。這些是假設的亞原子粒子，因其極低的質量而得名，就其引力效應而言，它們與冷暗物質幾乎沒有區別——除了它們對早期宇宙擾動的微妙平滑作用。科學家懷疑，這些尚未被發現的瀰漫太空的粒子可能是宇宙“缺失”質量的原因。
華盛頓大學的理論粒子物理學家 Masha Baryakhtar 說：“軸子是超出物理學標準模型的非常令人興奮的候選者。”他沒有參與這項新研究。“它們解決了標準模型中的許多突出問題。”
Montes 和她的同事們得出結論，如果軸子是暗物質，它們可能解釋了像 Nube 這樣的極端 UDG 如何在明顯與其他星系隔離的情況下形成。
卡內基梅隆大學研究暗物質的天體物理學家 Matthew Walker 說：“如果這是真的，那就太棒了。”他沒有參與這項新工作。Walker 說，Nube 對標準宇宙學模擬的蔑視在“目前看來是合理的”，儘管他補充說，星系的怪異性並不能保證新的物理學。“給他們幾年時間，模擬器就會弄清楚如何做到這一點。在這種情況下，也很有可能會變成這樣。”
與此同時，Monte 和她的團隊——以及無疑還有其他人——將會在深空中搜尋更多像 Nube 這樣的星系，希望發現它並非獨一無二仍然可以在我們對宇宙的理解中產生獨特的突破。