纵横宇宙的暗物质形成了“宇宙高速公路”，围绕银河系的小型星系可能就是经由这些高速公路来到我们身边的。像银河系一样，大多数星系的周围都有几十个围绕它们的小型伴星系。这些小型伴星系极其暗弱——在银河系以及我们近邻的仙女座星系周围，只有那些最亮和距离最近的伴星系能被观察到。然而，这些矮伴星系并不是随机分布的，而是都位于一个薄平面之内。这一排列方式着实令人惊讶。
模拟星系演化的计算机模型预言，在天空中的各个方向上，都应该存在数量大致相同的伴星系。长久以来，科学家一直认为这种球形分布方式，是暗物质存在造成的必然结果。天文学家认为，暗物质弥漫在宇宙中，在星系形成和宇宙膨胀中起着关键作用。然而，矮星系的排列之谜一直困扰着天文学家，这使得他们中的一些人，包括克鲁帕都开始怀疑暗物质是否真的存在。
“暗物质理论已经失败了，”他打断了我的报告说，“因为它预言伴星系在银河系周围应该是球形分布，但这显然与我们所观测到的结果直接矛盾。”我当时提出了一个不同的观点，认为暗物质的宇宙结构远比银河系大得多，以此来解释银河系伴星系的特殊分布方式。
一些像克鲁帕这样对暗物质持怀疑态度的人，虽然对这一观点仍然不赞同，但最近的研究（包括我自己的工作在内）显示，由暗物质构成的巨大网络，可以解释伴星系在天空中的独特分布形式。处于这场辩论中心的暗物质，最初是为了解释星系其他令人费解的特性而被提出来的。上世纪30年代，伟大的天文学家弗朗兹·兹维基想要测量后发座星系团的质量，这是一个包含约1 000个星系的巨型星系团。
为此他测量了后发星系团中星系的运动速度。出乎他的意料，他发现这些星系运动的速度极高，达到了每秒数千千米，这样的速度足以使得这个星系团瓦解。为什么这个星系团没有自行解体呢？兹维基的结论是，在这个星系团中，必定充满了其他不可见的物质，通过引力作用将这些星系维系在了一起，这些缺失的物质就被称为“暗物质”。
自80多年前兹维基第一次提出以来，宇宙中不断显现出暗物质存在的迹象，几乎每个星系的观测结果中都会出现暗物质的踪迹。在我们的银河系中，根据银河系外围恒星的运动，天文学家也推断出了暗物质的存在。就像后发座星系团中的星系，这些恒星的运动速度太快，仅凭我们看见的物质，是无法束缚住这些恒星的。在银河系的10多个矮星系中，似乎存在更多的暗物质。暗物质的遍及程度进一步佐证了它们的存在。
事实上，大多数宇宙学家认为，宇宙所有物质中，暗物质占到了80%左右，大约是普通原子物质量的5倍。宇宙中存在着大量的暗物质，这意味它在宇宙的演化过程中应该发挥了重要作用。研究宇宙演化的方法之一便是使用计算机模拟。从20世纪70年代开始，计算宇宙学领域的科学家就已尝试利用计算机代码来模拟宇宙历史。这项技术很简单：在一台计算机里定义一个假想的盒子。
在盒子里，以近乎完美的晶格结构来放置虚拟的点粒子（代表暗物质团块）。计算每个粒子所受到的来自盒子中其他粒子的引力，根据各个粒子所受合力来驱动粒子运动。在130亿年的时间里重复这个过程。自20世纪70年代以来，这种模拟方法已变得极其复杂，但其基本思想仍沿用至今。40年前的代码只能处理几百个粒子。现在，最先进的计算机模型已经可以模拟数十亿个粒子的运动，虚拟宇宙的大小也接近我们可观测到的宇宙体积。
在研究单个星系时，计算机模拟已经成为了一种非常有用的方式，不过这种方式也带来了一些值得注意的难题。例如，计算机模型发现，在银河系周围的晕中，无所不在的暗物质应该会吸引气体和尘埃，并使之形成团块。在引力的作用下，这些团块会收缩，最终形成恒星和矮星系。对于银河系来说，由于暗物质普遍存在，我们应该会看到数千个卫星系。然而，当我们仰望夜空，却只观测到了几十个。
20世纪90年代，科学家首次确认卫星系并没有预想的那么多，这被称为“卫星系缺失问题”。在随后的几年里，天文学家提出了一些可能的解决方案来摆脱这一困境。第一个也是最重要的一个方案是，我们无法观测到计算机模拟中的上千个卫星系，也许正是卫星系现实情形的真实反映。一些暗物质团块也许太小，缺乏物质（和引力）来俘获气体进而形成恒星。
沿着这一思路，科学家推断，我们所观测到的卫星系其实只是黑暗冰山的可见一角：即便没有数千个，也有数百个缺少恒星的暗伴星系可能就存在于我们的周围，只是看不到它们而已。其次，就算较小的暗物质团块确实能制造出恒星，这些恒星可能也太暗弱而无法被望远镜观测到。在这种情况下，随着技术的进步以及望远镜变得越来越灵敏，天文学家会发现更多的卫星系。
事实上，在过去的7年里，科学家在银河系周围观察到的卫星系数量已经翻了一倍。此外，银河系盘可能阻挡了我们的视线，让我们无法观测到某些卫星系。这个盘基本上是一个由恒星组成的高密度平面，极为明亮，肉眼看上去就像绵延的白色液体，故称“银河”。因此，要想发现一个隐藏在这个盘后面的矮星系是极其困难的，就像很难在白天看到月亮一样——卫星系发出的微弱光线轻易就被银河系盘的光淹没。
总而言之，对大多数天体物理学家来说，这些论点在很大程度上解决了“卫星系缺失问题”，并且在观测结果对暗物质理论提出最严重的挑战时，挽救了这一理论。然而，卫星系的奇特排列方式仍继续困扰着天文学家。上世纪70年代末和80年代初，英国剑桥大学的天体物理学家唐纳德·林登-贝尔发表的数篇论文都指出，围绕银河系的许多卫星系似乎都位于同一个平面内。对于这种奇怪的排列方式，应该如何解释？
2005年，克鲁帕和他在波恩大学的研究小组认为，这一现象并非是随机形成的。他们的推理过程是：假设暗物质卫星系在银河系周围是均匀分布的，就像计算机模拟所预言的那样，并且其中只有百分之一的矮星系大到足以制造出恒星及可见星系，基于这些完全合理的假设，那么要找到一个与银河系类似、发光的卫星系正好排成一列的这样一个体系，概率会是多少？他们给出的结果是：其概率小于百万分之一，这一答案在宇宙学界引发了一场地震。
克鲁帕认为，如果暗物质确实引导了星系的形成，那么矮卫星系永远不可能全都位于一个平面内。在一篇描述分析结果的论文中，克鲁帕提出了自己的解决方案：唯一说得通的解释是，银河系的卫星系并非是由暗物质团形成的。他认为暗物质并不存在。作为一名优秀的理论家，克鲁帕提出了另一种替代方案。他认为，卫星系其实是星系的碎片，是很久以前某个年老的前身星系掠过银河系时留下的遗迹。
就像小行星飞过地球大气层时会瓦解，并留下大量碎片一样，也许与之类似地，银河系的卫星系起源自一个更大的前身星系所剥离出的物质。比如，克鲁帕说，当我们放眼宇宙，可以看到大量互相碰撞的星系具有长长的物质桥，也就是所谓的潮汐臂。通常情况下，潮汐臂会包含小型的矮星系，这些星系都是由潮汐臂中流出的物质而形成。在适当的条件下，潮汐撕裂的特性可以确保被剥离出的物质最终都会位于一个薄薄的平面内，就像银河系的卫星系。
克鲁帕的解释优雅而简洁，但还是具有争议。这种解释很快就遭到了反对。首先，银河系卫星系中的恒星运动速度太快，单靠普通物质无法将它们束缚在一起。必须要有暗物质维系着卫星系才行，就像暗物质维系着银河系（事实上，观测表明，银河系的矮卫星系是宇宙中包含暗物质最多的星系之一）。“潮汐矮星系理论”认为,这些星系缺乏暗物质，这就带来了一个问题，是什么束缚住这些星系，使它们没有解体？
其次，正如车祸会破坏车辆，星系之间的碰撞也会破坏星系盘。星系碰撞的最终结果几乎总是形成一群杂乱无章的恒星。而银河系有着明晰的结构和一个相当薄的盘。我们并没有观测到它不久前经历过任何并吞或者碰撞的迹象。对矮星系不同寻常的排列方式的另一种解释，则需要研究更遥远的宇宙。始于20世纪70年代的计算机模拟，不仅仅用于模拟单个星系的演化，还可以模拟巨大的宇宙空间。
在进行宇宙尺度的模拟时，我们看到星系并非是随机分布的。相反，它们倾向于聚集成明显的丝状网络结构，即所谓的“宇宙之网”。当我们审视大尺度天文巡天结果时，可以清楚地看到这些结构。宇宙之网由巨大的片状平面结构组成，每一片都包含数百万个星系，跨度达几亿光年。雪茄状的细丝会在这些片状结构之间架起桥梁。位于细丝之间的则是没有星系存在的巨大空洞。
类似银河系这样的大型星系，往往都位于宇宙之网中多股细丝相交的结点上。在英国杜伦大学读研期间，我创建了一种计算机模拟方法，对这些密集区域进行了计算机模拟，然后我带着最新的研究结果去见我的导师卡洛斯·弗伦克。我在模拟过程中追踪了银河系过去130亿年的形成历史以及它周围的环境。弗伦克仔细看了一会儿我送来的图纸，然后晃动着图纸并惊呼，“放下手上的一切事情！
你正在研究的卫星系全都位于克鲁帕认为的、不应该存在的平面之上！”我们的模型并没有再现计算机模拟早先的预言——卫星系均匀分布在银河系周围。相反，我们的模型预言，卫星系会形成一个平面，这个平面与天文学家观测到的平面十分接近。这时，我们感觉到，这种模拟方法将接近矮卫星系排列之谜的真相了。“你为什么不往回追踪一下，看看这些卫星系是从哪儿来的？”弗伦克建议。
我们有了最终的结果，现在是时候来检查一下模拟的中间过程了。当倒过来检查计算机模拟过程时，我们发现矮卫星系并非起源于紧邻银河系的周围区域。它们往往都来自稍远一点的地方，源自宇宙之网的细丝内。细丝结构的密度要比空洞高，因此它们会吸引附近的尘埃和气体，聚集成新生的星系。一旦这些矮星系形成，引力就会将它们拉向附近质量最大的区域——在我们的模拟环境中，这个区域就是银河系。
因为银河系就位于细丝相交的结点上，矮星系会通过孕育它们的细丝，朝我们加速而来。换句话说，这些细丝成为了由暗物质构成的“宇宙高速公路”。当我们仰望天空，看到矮星系都在一个平面朝着同一个方向运动，我们实际上看到的正是朝着银河系迎面而来的“宇宙交通线网”。一些科学家，比如克鲁帕，对此仍持怀疑态度。
计算机模型似乎以足够的精度重现了银河系周围所观测到的现象，但这一理论要成为普适理论，也应该能描述其他星系周围的情况才行。该理论面临着一个新的考验。2013年1月，天文学家勘测了近邻的仙女座星系周围的区域，发现了一个更加薄的卫星系平面：跨度达100万光年，但厚度仅4万光年——两者的比例，差不多和一台笔记本电脑相当。这个平面似乎正在以克鲁帕的潮汐理论所预言的方式转动。
然而，我的计算机模拟方法还没办法重现仙女座星系周围的卫星系的排列方式。不过，克鲁帕的潮汐理论依然存在着严重的问题——它同样与观测结果不一致。历史已经证明，在这样的僵局之下，只有通过获得更多的数据，才能找到最终的答案。正如爱因斯坦曾经所说：“大自然并不认为它有义务让我们轻易揭示它的运行法则。”