在过去的几年中，天文学一直困扰着一个巨大的难题。当您观察宇宙中所有的大型结构时，例如大型星系、星系群和星团、巨大的宇宙网，甚至是大爆炸留下的全天辐射，都会出现相同的宇宙图景。除了所有形式的标准模型粒子构成的所有正常物质之外，还需要其他看不见质量的来源：暗物质。在所有这些大尺度上，无论到哪里看，相同的暗物质与正常物质的5比1比率都足以解释我们的每一项观察结果。
但在小尺度上，故事应该大不相同。所有不同的力和效应应产生两个小星系群：一种与正常物质相比具有大量暗物质，应长期存在；二是相对暗物质很少，应在较短的宇宙时间尺度上被摧毁。然而，一个星系，NGC 1052-DF4（称为DF4，称为DF4）已经使事情变得极其复杂，因为它似乎没有暗物质，但大约70亿年没有形成新的恒星。在米雷娅·蒙特斯领导的一项出色的新研究中，这个谜团终于被解开了，因为一个原本常见的星系正处于被撕裂的最后阶段。以下是我们如何弄明白的科学。
从理论上讲，暗物质和正常物质都渗透到宇宙中，但彼此的反应却有所不同。如果您有引力场，例如物质密度大于周围区域的区域，那么正常物质和暗物质都会受到相同的吸引力。但是正常情况会：
碰撞，结块并结合在一起，经历非弹性碰撞摆脱线性动量和角动量，并可能被辐射（例如新星产生的辐射）推动，而暗物质不能。
在最大的尺度上，引力是唯一重要的力量，因此这些差异不会发挥太大作用。但是在小范围内，特别是对于小型、低质量的星系，这些差异变得显而易见。这种差异出现的最常见方式是在低质量星系（即逃逸速度较小的星系）中一次形成大量恒星。当这些恒星开始发光，产生大量的紫外线辐射时，气态正常物质可以被推出并完全射出，而暗物质则不受影响。
这就形成了一个低质量星系，其暗物质与正常物质之比比我们在宇宙中更大范围内看到的典型的5比1更大。当我们在宇宙中形成新星时，它们的质量和颜色多种多样，其中最重的恒星产生最大量的风和高能辐射，这可以将正常物质（但不是暗物质）加速到高速度。如果星系质量太低，则正常物质会被弹出，从而将暗物质与正常物质之比驱动到数百比1甚至数千比1的范围内。
但是从理论上讲，应该存在第二种稀有的低质量星系。当星系之间发生引力相互作用时，它们会破坏星系的结构。正常物质和暗物质都可能由于潮汐力而在溪流中流失，尽管暗物质只会在宇宙中徘徊，但正常物质会重新聚集，形成没有暗物质的恒星。但是，由于缺乏暗物质，它们很容易通过进一步的引力相互作用而被破坏，因此，理论上，它们只能生存很短的时间。
初步观察。在过去的几年中，一套新的仪器已经投入使用，这使得测量距我们比以往任何时候都更远的大量低质量星系的复杂特性成为可能。距离几千万光年远的地方，一个名为NGC 1052的大型星系位于一个适度庞大的星系群的中心。这些星系很多很小，但其中一些形状也很有趣：超弥散矮星系。它们由较老的恒星组成，并且具有多种性质。
但是，其中两个已成为感兴趣的对象：NGC 1052-DF2（简称DF2）和上述DF4。根据先前的测量，它们都是NGC 1052的卫星星系，它们都有老恒星种群（数十亿年以来还没有形成大量的新恒星），但是仍然存在这些恒星。周围存在的球状星团正在缓慢地移动。相对于它们的大小，似乎这些星系在某种程度上具有比所有其他星系更少的引力。我们不仅可以推断暗物质与正常物质的比率要比其他星系低得多，而且两个星系都完全没有暗物质。
图注：星系的速度色散（y轴）与恒星质量（x轴）之间的预期关系。请注意，对于非常低的质量，一路位于左侧，因此速度分散非常广泛，因为内部可能存在大量暗物质。如果一个庞大的星系几乎没有暗物质，那么它就不会长寿。
难题。问题在于，这些超弥散矮星系DF2和DF4位于其他星系附近的丰富星系组中。如果它们确实确实只有很少的暗物质或根本没有暗物质，则附近星系的引力作用会将它们分开。要理解为什么，可以将星系想象为一个球体，然后将附近的更大质量的银河想象为仅存在于稍远一点的质量。这个“点”将在球状星系的每个部分上施加引力，但是球体的不同部分将经历略有不同的力。
我们可以通过将球星系的中心视为平均力来考虑这一点。靠近外部质量的天体将承受大于平均力，而距离较远的零件将承受低于平均力。“北部”的天体将承受轻微的“南方”力；向下的部分将承受轻微的“向上”力，等等。同一星系的不同部分将承受不同的力：潮汐力，其作用是剥离物质的星系，最严重的剥离发生为星系的郊区。
图注：沿单个点质量吸引的对象的每个点，引力（Fg）不同。对于中心点，平均力定义对象如何加速，这意味着整个对象就像受到相同的总力一样加速。如果我们从每个点减去该力（Fr），则红色箭头显示沿物体各个点经历的潮汐力。如果这些力足够大，它们会扭曲甚至撕裂单个物体，包括整个星系。
因此，如果这些星系都是弥散的（意味着它们占据了很大的体积），却没有暗物质（意味着它们的质量很小），那么潮汐剥离应该非常容易。实际上，应该如此容易，以至于具有DF2和DF4的性质的星系在NGC 1052周围的环境中应存在不超过十亿年。随着星系的移动，来自其他星系的拖船随着时间的流逝，星系应该将恒星从恒星上撕下，并且没有大块巨大的暗物质光晕挂在它们上，整个天体应该迅速分解。
但是，从内部的恒星中，我们知道这些星系不仅持续了数十亿年，而且还没有形成大约70亿年的新恒星！如果这些星系具有我们观察到的特性然后推断它们具有的特性，那是不可能的，它们应该仍然存在。某些事情一定是不对的，否则，关于宇宙中暗物质和结构形成的某些事情就必须受到质疑。
更好的观察。幸运的是，诸如此类的非凡主张的举证责任之一是独立确认，并验证这些对象的属性是否与我们认为的一样。当您查看这些星系DF2和DF4时，可能会使我们的测量产生偏差的一件事是错误地确定了它们绑定到哪个大星系（或星系组）。例如，附近的NGC 1052是另外两个大星系：NGC 1042和NGC 1035，它们比NGC 1052更靠近我们。最重要的是，它们的视线相同，因此很容易混淆这些超膨胀矮星绑定到哪个星系。
如果您认为星系比实际距离更远，则可以错误地推断出许多属性，包括：
它的实际大小物体绕其中心移动的速度，以及将这个星系保持在一起所需的总质量。测量DF2和DF4的替代方法表明，它们最终可能未绑定到NGC 1052，但可能更接近。对于DF2，这毕竟表明它具有典型数量的暗物质，但是DF4仍然是一个问题。甚至调整其距离仍然会导致这个难题：它的暗物质太少，无法在这种环境下存活这么长时间。
最终解释。尽管DF2可能绑定到NGC 1042，但DF4非常靠近大型星系NGC1035。请记住潮汐力是如何工作的：更大的物体通过对物体的不同部分施加不同的力而将质量较轻的物体撕开。如果DF4靠近大星系，它将沿一个维度（朝着大星系）拉伸，并沿另一个垂直维度压缩。
另外，从这个星系中剥离出来的物质应该从外而内进行。星系郊外的物质应首先拉伸，最严格的拉伸，使其最容易去除。从对象中心开始的材质应生存最长，直到最后都不会受到干扰。请记住：即使在这些小型的超弥散矮星系中，它们周围仍应有一个暗物质的晕圈，它比正常物质大得多且散布得多。正常物质粘在一起并沉入中心，而暗物质则主要留在郊区。
根据蒙特斯的团队，这就是关键所在。如果DF4是典型的超弥散矮星系——形成于70亿年前的恒星，实际上几乎没有气体，但是确实有很大的暗物质晕圈——那么我们可以问，“如果它在附近发现，将会发生什么一个庞大的庞大星系？”答案如下：
暗物质逐渐开始从星系郊区剥离，减小将星系在一起的引力势阱的“深度”，随着星系越来越靠近更庞大的邻居，剥离现象加剧了，由普通物质组成的中心恒星将是最后被拉伸、剥离和撕裂的东西。如果发生这种情况，则必须清除约90％的暗物质，然后恒星开始被潮汐破坏。多亏了全新的哈勃望远镜观测，这是最近论文的一部分，我们可以清楚地看到恒星终于开始受到影响了。
尽管目前它仅影响大约7％的恒星质量，但与大型巨大邻居的潮汐相互作用足以解决这个暗物质难题。它的恒星如此古老的原因是它是很久以前创造的。它实际上没有暗物质的原因是因为目前正在积极地将暗物质剥离出来。它至今仍能存活的原因是，它正在遭受剧烈破坏，并且很可能会在短期内被毁坏，至少在宇宙时间尺度上如此。
重点是：没有暗物质就不可能拥有长寿的星系。通过潮汐相互作用，您可能会失去暗物质，这会形成称为潮汐矮星系的恒星聚集，但它们是短暂的：寿命短，易于撕裂。DF4的奥秘在于，它看起来像是超膨胀星系，而不是经过潮汐破坏的星系，因为直到最近它还是一个超膨胀星系。潮汐扰动首先影响了暗物质，直到现在（几乎已经完全消失），恒星也开始受到扰动。有了这个新发现，这个难题可能会得到彻底解决，从而告诉我们DF4为什么没有暗物质。
