天文學家早就認識到，星系有多種形態，任何星系的大小和形狀都能反映其歷史。一個快速旋轉的巨型星系會像我們熟悉的銀河系一樣形成美麗的旋渦圖案；如果兩個巨型旋渦星系發生碰撞，它們可能會變成一個更大的恆星群，稱為橢圓星系。在所有這些強大的巨型星系周圍，數十個微小的“矮”星系在跳舞——這些可能是巨型星系形成過程中的殘餘物。然而，最近，觀測者發現大量星系以一種新的奇怪形式出現，這種形式不太容易解釋。
2014年，由耶魯大學的彼得·範·多庫姆領導的天文學家將一組敏感的小型望遠鏡對準了后髮座星系團，並驚訝地發現由此產生的影像上到處都是47個“汙點”。這些汙點不是某人的指紋；它們是幽靈星系，看起來像是巨型星系和矮星系的奇怪混合體。它們像巨型星系一樣，大小與銀河系相當；像矮星系一樣，它們很暗淡，發出的光大約只有千分之一。這兩個相反的特徵解釋了它們奇怪的外觀：由於它們相對較少的恆星分佈在巨大的空間中，因此它們看起來很暗淡，像幽靈一樣。
此外，這些“超彌散”星系被證明非常普遍。當天文學家使用8.3米昴星望遠鏡更仔細地觀察后髮座星系團時，他們發現了超過800個額外的例子，並且透過對檔案資料的搜尋發現，該類別的最初幾個成員出現在20世紀80年代的觀測中。面對如此多的怪異現象，理論家們現在正在制定新的模型來解釋這種大量幽靈星系的出現。
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蒼白而幽靈般的超彌散星系，例如后髮座星系團中的這個，數量眾多，但沒有人確切知道它們是如何產生的。
圖片來源：哈勃太空望遠鏡。美國宇航局、歐空局和彼得·範·多庫姆（耶魯大學）等
範·多庫姆傾向的設想是，超彌散星系是失敗的巨型星系。在這個模型中，像銀河系一樣巨大的星系因為不幸落入星系團而未能發光，星系團剝奪了它們的氣體。如果沒有大量的氣體，這些星系就無法產生新的恆星，因此這些巨型星系衰退成目前的暗淡、彌散狀態。
然而，現在，哈佛-史密森天體物理中心的尼古拉·阿莫里斯科和艾維·勒布提出了一個不同的想法來解釋超彌散星系。“它們是矮星系，”阿莫里斯科說。“這就是為什麼它們如此眾多的原因。”
新提議的關鍵是自旋。不同的矮星系在出生時以不同的速度旋轉。當一個大的物體——星系、恆星或行星——在引力的作用下收縮時，角動量守恆會將任何微小的初始旋轉放大為顯著的、可測量的自旋。如果一個矮星系碰巧出生時旋轉緩慢，氣體就會衝向星系的中心，在一個緊湊的區域形成恆星。但是，如果一個矮星系出生時旋轉速度快，那麼湧入的氣體反而會與星系的中心保持距離，在更大的範圍內形成恆星。在阿莫里斯科和勒布最近發表在《皇家天文學會月刊》上的新提議中，超彌散星系是在自旋速度極快的情況下誕生的矮星系，它們在廣闊的範圍內形成了恆星。“我喜歡這個想法，因為它可驗證，”範·多庫姆說。“我有點希望它不是真的，因為對我來說，它比失敗的巨型星系設想更沒意思。”
新理論對超彌散星系做出了一個簡單的預測：如果它們是矮星系，“它們應該無處不在，”阿莫里斯科說。相反，如果這些星系是失敗的巨型星系，它們的存在歸因於星系團的氣體剝離影響，那麼星系團應該是超彌散星系的唯一宇宙家園。星系團具有如此強大的引力，以至於它們很難逃脫——一旦一個星系落入其中，它就無法爬出去。到目前為止，幾乎所有已知的超彌散星系都出現在星系團中，而不是出現在稱為星系群的較小的星系聚集地中，但隨著天文學家開始更徹底地尋找它們，其他星系可能會在其他地方出現。
區分失敗的巨型星系和快速旋轉的矮星系的另一種方法是測量超彌散星系的質量——加那利群島天體物理研究所的邁克爾·比斯利和他的同事最近完成了這項工作。比斯利的星系位於室女座星系團中，質量約為銀河系的8%。根據勒布的說法，這支援了該星系是由一個快速旋轉的矮星系形成的觀點，但範·多庫姆說，即使按照超彌散的標準來看，該星系也異常暗淡，因此它是一個不適合從中對整個類別進行重大推斷的異常值。“人們引用同一個星系來支援如此不同的想法，這真是令人著迷，”範·多庫姆說。
通常，這樣的幽靈星系對於觀測者來說很難稱重，但比斯利的團隊透過測量七個明亮的球狀星團圍繞星系執行的速度來規避這個問題。範·多庫姆說，球狀星團的存在支援了他關於超彌散星系是巨型星系的觀點，因為大多數矮星系都沒有球狀星團。但是，阿莫里斯科反駁說，比斯利的星系所擁有的球狀星團遠遠少於巨型星系通常擁有的球狀星團。
範·多庫姆希望很快得到答案。在今年的一月、三月和四月，他和他的合作者用巨大的凱克望遠鏡盯著后髮座星系團中的三個超彌散星系看了長達34個小時。“這就是需要的時間，”他說。在分析資料後，他應該知道這些星系的恆星移動的速度有多快，從而知道它們的宿主的質量有多大——揭示這種新發現的星系是快速旋轉的矮星系，還是未能發光的巨型星系。敬請期待。