暗物质恒星可以解开宇宙之谜

这位艺术家的构思展示了一颗看不见的“暗星”在作为热量发出的红外光中看起来可能是什么样子。核心被氢气和氦气的云层包裹着。犹他大学的一项新研究表明，宇宙中最早的恒星并没有发光，但可能是暗恒星。

在早期宇宙中，第一批恒星可能不是由规则物质组成的，而是由其神秘的表亲暗物质组成的。但这一切究竟是如何发生的仍然是个谜，弄清楚它可以帮助天文学家了解暗物质本身。

暗物质是一种令人讨厌的物质，被认为会渗透到宇宙中，顽固地拒绝向望远镜或科学家可以向其提供的任何其他直接探测方法展示自己。然而，研究人员可以感受到暗物质对正常恒星和星系的引力潜在其中。

关于暗物质实际上是由什么组成的，有许多相互竞争的理论，每一种建议的性质和含义都略有不同。现在，一项新的研究计算了哪些可能的暗物质形式会导致所谓的暗星。

不是很黑

犹他大学的研究负责人Paolo Gondolo说：“并不是所有种类的暗物质都能形成暗恒星。”“从这个意义上说，暗恒星是理解暗物质本质的工具。”

他说，暗星这个词有点误导，因为事实上这些恒星会发光并且是可见的。但在恒星核心反应形成光的物质将是暗物质，而不是规则物质。

尽管望远镜尚未观测到暗恒星，但一些专家认为，未来的天文台，如詹姆斯·韦伯太空望远镜，将于2014年发射的哈勃太空望远镜的附件，可能能够胜任这项工作。

Gondolo告诉太空网：“如果我们检测到暗恒星的证据，或者我们可以说没有暗恒星，那么它们就对暗物质的组成构成构成了限制。”

是什么造就了一个明星

许多暗物质候选粒子是它们自己的反物质伴侣，这意味着如果两个粒子足够靠近，它们就会湮灭产生能量，其中一些能量以光的形式发射。

今天，随着宇宙的扩展，物质的包装不够紧密，暗物质粒子无法凝结到湮灭的地步。但在宇宙大爆炸之后，当宇宙还年轻且相对较小时，暗恒星的条件是合适的。

暗物质只会形成这类恒星总质量的一小部分，其余的都是正常物质。但暗物质的湮灭过程是非常有效的，因为碰撞的暗粒子会通过爱因斯坦方程E=mc2将其所有质量转化为能量。

这样一来，黑暗的恒星就会发出相当明亮的光芒。

最终，当恒星内部的暗物质供应耗尽时，正常物质会凝结，开始为大多数恒星提供燃料的常规核聚变过程。其中一些可能在今天仍然存在。

几个好的候选人

构成暗物质的物质的一个流行候选者是一种叫做轴子的基本粒子。这些假设粒子是由理论预测的，但从未被探测到。

它们没有电荷，质量很小，而且很难与普通物质相互作用，这一关键条件使一些科学家怀疑它们是暗物质背后的罪魁祸首。

贡多洛说：“我们发现轴子不利于形成暗星。”它们的特殊特性不适合像给恒星供电那样做出反应。这意味着，如果观测到暗星，轴子可能会成为候选者。

另一种可能性是粒子尺度WIMP（弱相互作用的大质量粒子）的假设类别。科学家们认为，这些物质相当重，这可能有助于解释为什么暗物质占宇宙中所有物质的98%。

弱相互作用部分表示它们的冷漠性质“它们很少再与其他粒子发生反应”，如果它们是暗物质的支柱，这是另一个要求。

事实证明，一些WIMP会擅长形成暗星。超对称理论预测了一种类型的粒子，称为中性粒子，该理论假设每个粒子都有一个我们尚未发现的对称伙伴粒子。

一种中性子，光子（光子的伴侣）将是这些伴侣中最轻的，因此最容易检测到。

贡多洛说：“除了极少数例外，中性星系可以产生暗星。”

这一发现发表在最近一期的《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上。