正文
这是很简单的想法，说干就干！
我们立刻从当时最大的巡天数据样本SDSS（现在最大的巡天样本已经是DESI了）中选择了那些有光谱红移测量的（因为需要距离信息）、蓝色富含气体和恒星形成的（不受环境影响）、Sersic指数偏小的矮星系，并对其面密度进行测量，再按照面密度将其分为几个子样本，其中面密度最低的子样本对应著名的超弥散星系（ultra-diffuse galaxy, UDG），我们将其称为弥散矮星系，面密度最高的称为致密矮星系（图3）。我们测量了每个子样本的两点交相关函数，并得到他们相对于致密矮星系的比值，这个比值被称为相对偏差。相对偏差越大，子样本的成团性就越高。如图4所示，矮星系的成团性随着质量面密度的减小迅速增加。其中弥散样本的相对偏差大于2，其置信度约等于7σ！置信度大于5σ时，我们就可以认定一个信号或者说这一现象确实存在。大于这个阈值，表明我们确定探测到了矮星系中的“组装偏差”。
当我们深入分析时，越来越觉得这个结果并不仅仅是组装偏袒那么简单。我们比较了弥散矮星系和普通矮星系、大质量星系、甚至是不同质量的星系群的成团性（图4）。弥散矮星系成团性居然堪比大质量（10
13.5
太阳质量）的星系群！在主流的星系形成理论中，通常的结果都是致密的、红的和质量大的星系成团性要比弥散的，蓝的和质量小的成团性要高。这已经是一个普遍的共识了。但是我们却在这些弥散的、蓝的矮星系（矮星系质量很小）样本中发现了如此高的成团性。这显然是一个颠覆认知的观测结果。
天文学者们发现奇怪现象的第一反应往往都是：这是不是选择效应？我们自然也不例外，赶紧平复激动的心情开始仔细分析数据。交相关函数本质上可以理解为矮星系周围某个尺度范围内的星系数密度。所以，假设这一发现是选择效应的产物，那么必然要求这个选择效应倾向于挑选（大尺度上的）高密度区域内的弥散矮星系而忽略低密度区域内的弥撒矮星系或者倾向于挑选低密度区域内的致密矮星系而忽略高密度区域的。星系巡天中一直存在各种复杂的选择效应，所有这些效应都依赖星系本身的属性，从来没有见过也没有论证过对于大尺度结构的依赖（光纤碰撞会产生小尺度上的选择效应）。但是我们还是尽可能得展开了分析：例如缩小各种星系属性范围使得选择效应整体变弱，选择不同天区和红移重复计算，采用不同的质量估计考察测量不确定性的影响，考察矮星系中卫星星系的污染。受到著名的原初引力波研究的乌龙事件启发，我们甚至考察银河系消光是否和遥远的大尺度结构存在偶然的关联。所有的测试都表明结果的可靠性。
山重水复疑无路
那么到底是什么原因导致UDG有如此高的成团性呢？
之前已经有了大量关于UDG形成机制的研究。其中一些研究认为UDG生长于大质量暗晕（银河系质量暗晕）中。由于成团性依赖于暗晕质量，这一理论似乎可以解释我们的观测发现。我们使用中性氢的动力学对大样本的UDG星系的暗晕质量进行了独立的测量，结果显示：虽然质量不确定性较大，但即便考虑暗晕质量测量的上限，得到的相对偏差不过略大于1，远不能解释观测到的远大于1的结果。实际上，对质量小于银河系质量的暗晕而言，“组装偏差”几乎不受暗晕质量的具体值的影响。所以，如最开始预期的那样，我们的观测结果受质量不确定性影响很小，可以忽略不计。
图5. 模型和观测给出的相对偏差的对比。（左上图）冷暗物质宇宙学框架下的半解析（紫色）和流体动力学模拟（绿色）预测结果，以及本工作的丰度匹配方法在不同相关系数（黑色和灰色）所得结果。（右上图）自相互所用暗物质（SIDM）模型（黑色）所得结果。小插图为本工作根据观测结果限制出的SIDM粒子散射截面和星系-暗晕核心大小比值的关系。两图中橙色曲线为观测结果。（左下、右下图）对应模型给出的暗晕年龄-星系质量面密度关系。
除了暗晕质量，还有什么需要关注的暗晕属性呢？组装偏差研究揭示暗晕的成团性和暗晕年龄、聚集度（concentration）、自旋、小尺度环境过程等都有关系。而在我们选择的这一质量范围内，高自旋和低自旋的成团性差别不大，可以被排除掉。而小尺度过程产生的星系基本上是红星系、气体贫，其小尺度成团性也很高，这都与我们的结果相反，因此也被排除了。在小质量端，年龄和聚集度的组装偏差本质是一致的。因此，最后我们锁定了暗晕年龄这一属性：越老的暗晕其成团性越高。利用丰度匹配（abundance matching）这一经典方法，我们把观测矮星系的质量面密度和模拟暗晕的年龄联系在了一起。这一方法可以简单地理解为把小面密度的星系放入年老的暗晕中，这样每个模拟暗晕就有一个对应的星系和质量面密度了。结果，基于暗晕分布计算出来的成团性随着质量面密度的变化和观测高度一致（图5a）。这表明暗晕年龄确实是一个关键因素，我们也首次获得了暗晕年龄（时间）和星系质量面密度的关系（图5b），把星系-暗晕关联扩展到新的维度。
新的问题随之而来：什么机制导致年老的暗晕中更倾向于产生UDG这样的弥散结构，而年轻暗晕不行呢？这个问题一度难住了我们，我们考察过星系外流反馈机制、自旋模型，甚至思索过各种环境效应等，但目前无论是大型宇宙学流体模拟还是放大的（zoom-in）高精度流体模拟均无法在标准冷暗物质宇宙学框架下构建出暗晕年龄与反馈强度或者环境效应之间的强相关。在标准冷暗物质模型框架下目前所有的UDG形成机制都考虑一遍无果的情况下，我们似乎走入了重峦叠嶂中，不知道路在何方。这其实是科学研究的常态，所以我们想过到此为止，只报道一个颠覆性的发现也挺好。
