Efter att ha dragit både beröm och skepsis, teamet av astronomer som upptäckte NGC 1052-DF2 – den allra första kända galaxen som innehåller lite eller ingen mörk materia – är tillbaka med starkare bevis om dess bisarra natur.

Mörk materia är en mystisk, osynligt ämne som vanligtvis dominerar galaxernas sammansättning; att hitta ett föremål som saknar mörk materia är aldrig tidigare skådat, och kom som en fullständig överraskning.

"Om det finns ett föremål, du har alltid en liten röst i bakhuvudet som säger, "men tänk om du har fel?" Även om vi gjorde alla kontroller vi kunde tänka oss, vi var oroliga för att naturen hade kastat oss för en slinga och hade konspirerat för att få något att se riktigt speciellt ut medan det verkligen var något mer vardagligt, " sa lagledaren Pieter van Dokkum, Sol Goldman familjeprofessor i astronomi vid Yale University.

Nu, van Dokkums team har inte en, men två, nya studier som stöder deras första observationer, visar att mörk materia faktiskt går att separera från galaxer.

Teammedlemmar inkluderar Roberto Abraham, Professor i astronomi och astrofysik vid University of Toronto, Aaron Romanowsky, Docent i fysik och astronomi vid San Jose State University, Charlie Conroy, Professor i astronomi vid Harvard University, och Shany Danieli, en doktorand vid Yale University.

"Det faktum att vi ser något som bara är helt nytt är det som är så fascinerande, sa Danieli, som först såg galaxen för ungefär två år sedan. "Ingen visste att sådana galaxer existerade, och det bästa i världen för en astronomistudent är att upptäcka ett föremål, oavsett om det är en planet, en stjärna, eller en galax, som ingen visste om eller ens tänkt på."

I den första studien, teamet bekräftade sina första observationer av NGC 1052-DF2, eller DF2 för kort, som visar att mörk materia är praktiskt taget frånvarande i galaxen. Med hjälp av W. M. Keck Observatorys Keck Cosmic Web Imager (KCWI), de samlade in mer exakta mätningar och fann att klothoparna inuti galaxen verkligen rör sig med en hastighet som överensstämmer med massan av galaxens normala materia. Om det fanns mörk materia i DF2, klustren skulle röra sig mycket snabbare.

"KCWI är unik på grund av kombinationen av dess stora undersökningsområde, ", sa huvudförfattaren Danieli. "Instrumentet låter oss inte bara se hela galaxen på en gång, dess höga spektrala upplösning gör det också möjligt för oss att mäta massan exakt. Det finns inget annat instrument i världen som har dessa två egenskaper!"

I den andra studien, laget använde Keck Observatorys lågupplösta bildspektrometer (LRIS) för att hitta en annan galax utan mörk materia, heter NGC 1052-DF4, eller DF4 för kort.

"Att upptäcka en andra galax med väldigt lite eller ingen mörk materia är lika spännande som den första upptäckten av DF2, sa van Dokkum, som är huvudförfattare på tidningen DF4. "Detta betyder att chanserna att hitta fler av dessa galaxer nu är högre än vi tidigare trott. Eftersom vi inte har några bra idéer för hur dessa galaxer bildades, Jag hoppas att dessa upptäckter kommer att uppmuntra fler forskare att arbeta med detta pussel."

Teamets resultat publiceras i The Astrofysiska tidskriftsbrev ; den första studien visas i dagens nummer, medan den andra studien visas i numret av den 20 mars.

Som DF2, DF4 tillhör en relativt ny klass av galaxer som kallas ultradiffusa galaxer (UDG). De är lika stora som Vintergatan men har mellan 100 till 1000 gånger färre stjärnor, få dem att se fluffiga och genomskinliga ut, därför svår att observera.

Ironiskt, bristen på mörk materia i dessa UDG stärker teorin om mörk materia. Det bevisar att mörk materia är ett ämne som inte är kopplat till "normal" materia, eftersom båda kan hittas separat. Upptäckten av dessa galaxer är svår att förklara i teorier som ändrar tyngdlagarna i stor skala som ett alternativ till hypotesen om mörk materia.

Denna chockerande upptäckt fick en del kritik när teamet först tillkännagav sina resultat i mars 2018.

"Det var lite stressigt ibland, sade van Dokkum. Å ena sidan, det är så den vetenskapliga processen är tänkt att fungera; du ser något intressant, andra människor håller inte med, du får nya uppgifter, och i slutändan lär du dig mer om universum. Å andra sidan, även om majoriteten av kritiken var konstruktiv och artig, det var inte alla. Varje gång en ny kritik kom ut var vi tvungna att klättra och ta reda på om vi hade missat något."

Van Dokkum säger att han är stolt över sitt lag för att de tog sig samman i de tuffa stunderna. Deras hårda arbete har gett resultat, med universum som samarbetar och ger mer anledning att leta efter andra UDGs som DF2 och DF4.

Danieli leder en bredområdesundersökning med Dragonfly Telephoto Array (DTA) för att leta efter fler exempel på ett systematiskt sätt, observera sedan kandidaterna igen med Keck-teleskopen.

"Vi hoppas att nästa gång ta reda på hur vanliga dessa galaxer är och om de finns i andra delar av universum, ", sa Danieli. "Vi vill hitta fler bevis som hjälper oss att förstå hur egenskaperna hos dessa galaxer fungerar med våra nuvarande teorier. Vår förhoppning är att detta kommer att ta oss ett steg längre i förståelsen av ett av de största mysterierna i vårt universum - mörk materias natur."