在過去的幾年中，天文學一直困擾著一個巨大的難題。當您觀察宇宙中所有的大型結構時，例如大型星系、星系群和星團、巨大的宇宙網，甚至是大爆炸留下的全天輻射，都會出現相同的宇宙圖景。除了所有形式的標準模型粒子構成的所有正常物質之外，還需要其他看不見質量的來源：暗物質。在所有這些大尺度上，無論到哪裡看，相同的暗物質與正常物質的5比1比率都足以解釋我們的每一項觀察結果。
但在小尺度上，故事應該大不相同。所有不同的力和效應應產生兩個小星系群：一種與正常物質相比具有大量暗物質，應長期存在；二是相對暗物質很少，應在較短的宇宙時間尺度上被摧毀。然而，一個星系，NGC 1052-DF4（稱為DF4，稱為DF4）已經使事情變得極其複雜，因為它似乎沒有暗物質，但大約70億年沒有形成新的恆星。在米雷婭·蒙特斯領導的一項出色的新研究中，這個謎團終於被解開了，因為一個原本常見的星系正處於被撕裂的最後階段。以下是我們如何弄明白的科學。
從理論上講，暗物質和正常物質都滲透到宇宙中，但彼此的反應卻有所不同。如果您有引力場，例如物質密度大於周圍區域的區域，那么正常物質和暗物質都會受到相同的吸引力。 但是正常情況會：
碰撞，結塊並結合在一起，經歷非彈性碰撞擺脫線性動量和角動量，並可能被輻射（例如新星產生的輻射）推動，而暗物質不能。
在最大的尺度上，引力是唯一重要的力量，因此這些差異不會發揮太大作用。 但是在小範圍內，特別是對於小型、低質量的星系，這些差異變得顯而易見。這種差異出現的最常見方式是在低質量星系（即逃逸速度較小的星系）中一次形成大量恆星。當這些恆星開始發光，產生大量的紫外線輻射時，氣態正常物質可以被推出並完全射出，而暗物質則不受影響。
這就形成了一個低質量星系，其暗物質與正常物質之比比我們在宇宙中更大範圍內看到的典型的5比1更大。當我們在宇宙中形成新星時，它們的質量和顏色多種多樣，其中最重的恆星產生最大量的風和高能輻射，這可以將正常物質（但不是暗物質）加速到高速度。如果星系質量太低，則正常物質會被彈出，從而將暗物質與正常物質之比驅動到數百比1甚至數千比1的範圍內。
但是從理論上講，應該存在第二種稀有的低質量星系。當星系之間發生引力相互作用時，它們會破壞星系的結構。正常物質和暗物質都可能由於潮汐力而在溪流中流失，儘管暗物質只會在宇宙中徘徊，但正常物質會重新聚集，形成沒有暗物質的恆星。但是，由於缺乏暗物質，它們很容易通過進一步的引力相互作用而被破壞，因此，理論上，它們只能生存很短的時間。
初步觀察。在過去的幾年中，一套新的儀器已經投入使用，這使得測量距我們比以往任何時候都更遠的大量低質量星系的複雜特性成為可能。距離幾千萬光年遠的地方，一個名為NGC 1052的大型星系位於一個適度龐大的星系群的中心。這些星系很多很小，但其中一些形狀也很有趣：超彌散矮星系。它們由較老的恆星組成，並且具有多種性質。
但是，其中兩個已成為感興趣的對象：NGC 1052-DF2（簡稱DF2）和上述DF4。根據先前的測量，它們都是NGC 1052的衛星星系，它們都有老恆星種群（數十億年以來還沒有形成大量的新恆星），但是仍然存在這些恆星。周圍存在的球狀星團正在緩慢地移動。相對於它們的大小，似乎這些星系在某種程度上具有比所有其他星系更少的引力。我們不僅可以推斷暗物質與正常物質的比率要比其他星系低得多，而且兩個星系都完全沒有暗物質。
圖註：星系的速度色散（y軸）與恆星質量（x軸）之間的預期關係。請注意，對於非常低的質量，一路位於左側，因此速度分散非常廣泛，因為內部可能存在大量暗物質。如果一個龐大的星系幾乎沒有暗物質，那麼它就不會長壽。
難題。問題在於，這些超彌散矮星系DF2和DF4位於其他星系附近的豐富星系組中。如果它們確實確實只有很少的暗物質或根本沒有暗物質，則附近星系的引力作用會將它們分開。要理解為什麼，可以將星系想像為一個球體，然後將附近的更大質量的銀河想像為僅存在於稍遠一點的質量。這個「點」將在球狀星系的每個部分上施加引力，但是球體的不同部分將經歷略有不同的力。
我們可以通過將球星系的中心視為平均力來考慮這一點。靠近外部質量的天體將承受大於平均力，而距離較遠的零件將承受低於平均力。「北部」的天體將承受輕微的「南方」力；向下的部分將承受輕微的「向上」力，等等。同一星系的不同部分將承受不同的力：潮汐力，其作用是剝離物質的星系，最嚴重的剝離發生為星系的郊區。
圖註：沿單個點質量吸引的對象的每個點，引力（Fg）不同。 對於中心點，平均力定義對象如何加速，這意味著整個對象就像受到相同的總力一樣加速。如果我們從每個點減去該力（Fr），則紅色箭頭顯示沿物體各個點經歷的潮汐力。 如果這些力足夠大，它們會扭曲甚至撕裂單個物體，包括整個星系。
因此，如果這些星系都是彌散的（意味著它們佔據了很大的體積），卻沒有暗物質（意味著它們的質量很小），那麼潮汐剝離應該非常容易。實際上，應該如此容易，以至於具有DF2和DF4的性質的星系在NGC 1052周圍的環境中應存在不超過十億年。隨著星系的移動，來自其他星系的拖船隨著時間的流逝，星系應該將恆星從恆星上撕下，並且沒有大塊巨大的暗物質光暈掛在它們上，整個天體應該迅速分解。
但是，從內部的恆星中，我們知道這些星系不僅持續了數十億年，而且還沒有形成大約70億年的新恆星！如果這些星系具有我們觀察到的特性然後推斷它們具有的特性，那是不可能的，它們應該仍然存在。某些事情一定是不對的，否則，關於宇宙中暗物質和結構形成的某些事情就必須受到質疑。
更好的觀察。幸運的是，諸如此類的非凡主張的舉證責任之一是獨立確認，並驗證這些對象的屬性是否與我們認為的一樣。當您查看這些星系DF2和DF4時，可能會使我們的測量產生偏差的一件事是錯誤地確定了它們綁定到哪個大星系（或星系組）。例如，附近的NGC 1052是另外兩個大星系：NGC 1042和NGC 1035，它們比NGC 1052更靠近我們。最重要的是，它們的視線相同，因此很容易混淆這些超膨脹矮星綁定到哪個星系。
如果您認為星系比實際距離更遠，則可以錯誤地推斷出許多屬性，包括：
它的實際大小物體繞其中心移動的速度，以及將這個星系保持在一起所需的總質量。測量DF2和DF4的替代方法表明，它們最終可能未綁定到NGC 1052，但可能更接近。對於DF2，這畢竟表明它具有典型數量的暗物質，但是DF4仍然是一個問題。甚至調整其距離仍然會導致這個難題：它的暗物質太少，無法在這種環境下存活這麼長時間。
最終解釋。儘管DF2可能綁定到NGC 1042，但DF4非常靠近大型星系NGC1035。請記住潮汐力是如何工作的：更大的物體通過對物體的不同部分施加不同的力而將質量較輕的物體撕開。如果DF4靠近大星系，它將沿一個維度（朝著大星系）拉伸，並沿另一個垂直維度壓縮。
另外，從這個星系中剝離出來的物質應該從外而內進行。星系郊外的物質應首先拉伸，最嚴格的拉伸，使其最容易去除。從對象中心開始的材質應生存最長，直到最後都不會受到幹擾。請記住：即使在這些小型的超彌散矮星系中，它們周圍仍應有一個暗物質的暈圈，它比正常物質大得多且散布得多。正常物質粘在一起並沉入中心，而暗物質則主要留在郊區。
根據蒙特斯的團隊，這就是關鍵所在。如果DF4是典型的超彌散矮星系——形成於70億年前的恆星，實際上幾乎沒有氣體，但是確實有很大的暗物質暈圈——那麼我們可以問，「如果它在附近發現，將會發生什麼一個龐大的龐大星系？」答案如下：
暗物質逐漸開始從星系郊區剝離，減小將星系在一起的引力勢阱的「深度」，隨著星系越來越靠近更龐大的鄰居，剝離現象加劇了，由普通物質組成的中心恆星將是最後被拉伸、剝離和撕裂的東西。如果發生這種情況，則必須清除約90％的暗物質，然後恆星開始被潮汐破壞。多虧了全新的哈勃望遠鏡觀測，這是最近論文的一部分，我們可以清楚地看到恆星終於開始受到影響了。
儘管目前它僅影響大約7％的恆星質量，但與大型巨大鄰居的潮汐相互作用足以解決這個暗物質難題。它的恆星如此古老的原因是它是很久以前創造的。它實際上沒有暗物質的原因是因為目前正在積極地將暗物質剝離出來。它至今仍能存活的原因是，它正在遭受劇烈破壞，並且很可能會在短期內被毀壞，至少在宇宙時間尺度上如此。
重點是：沒有暗物質就不可能擁有長壽的星系。通過潮汐相互作用，您可能會失去暗物質，這會形成稱為潮汐矮星系的恆星聚集，但它們是短暫的：壽命短，易於撕裂。 DF4的奧秘在於，它看起來像是超膨脹星系，而不是經過潮汐破壞的星系，因為直到最近它還是一個超膨脹星系。潮汐擾動首先影響了暗物質，直到現在（幾乎已經完全消失），恆星也開始受到擾動。有了這個新發現，這個難題可能會得到徹底解決，從而告訴我們DF4為什麼沒有暗物質。