上海pvc排水管专用胶水 黑暗中闪耀: 暗星如何照亮早期宇宙

NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜发现了些潜在的暗星候选体。NASA、ESA、CSA和STScI

使用詹姆斯韦伯太空望远镜的科学在2025年初发现了三个不寻常的天文物体，它们可能是暗星的例子。暗星的概念已经存在段时间了，可能会改变科学对普通恒星形成式的理解。不过，它们的名字有些误。

暗星是那种不太恰当的名称之，从表面上看，它法准确描述其所代表的物体。暗星并非严格意义上的恒星，而且它们肯定不暗。

尽管如此，这个名称抓住了这现象的本质。名称中的暗并非指这些天体的亮度，而是指让它们发光的过程——由种名为暗物质的秘物质驱动。这些天体的巨大尺寸使得它们难以被归类为恒星。

作为名物理学，我直对暗物质很着迷，并且直在尝试用粒子加速器找到观测其踪迹的法。我很好奇暗星是否能为寻找暗物质提供种替代法。

是什么让暗物质成为暗的呢？

暗物质约占宇宙的27，却法被直接观测到，它是暗星现象背后的关键概念。天体物理学研究这种秘物质已近个世纪，但除了其引力应外，我们尚未发现任何直接证据。那么，是什么让暗物质暗呢？

尽管物理学对暗物质了解不多，但它大约占宇宙的27。 来源：视觉资本科学图片库上海pvc排水管专用胶水，盖蒂图片社

人类主要通过探测各种物体发射或反射的电磁波来观测宇宙。例如，月球能被肉眼看到是因为它反射太阳光。月球表面的原子吸收来自太阳的光子——即光的粒子——致原子内的电子移动，并将部分光射向我们。

的望远镜能探测可见光光谱之外的电磁波，比如紫外线、红外线或线电波。它们运用相同的原理：原子中带电荷的成分会对这些电磁波产生反应。但它们如何能探测到种物质——暗物质——它不仅不带电荷，而且也没有带电荷的成分呢？

虽然科学们不知道暗物质的确切质，但许多模型表明它由电中粒子组成——即不带电荷的粒子。这种特使得我们法用观测普通物质的式来观测暗物质。

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暗物质被认为是由自身即为反粒子的粒子构成的。反粒子是粒子的镜像版本。它们具有相同的质量，但电荷和其他质相反。当个粒子遇到其反粒子时，两者会相互湮灭并释放出阵能量。

如果暗物质粒子是自身的反粒子，它们在相互碰撞时就会湮灭，可能释放出大量能量。科学预测，只要这些恒星内部的暗物质粒子密度足够，这个过程就对暗星的形成起着关键作用。暗物质密度决定了暗物质粒子相互相遇和湮灭的频率。如果暗星内部的暗物质密度很，它们就会频繁湮灭。

什么让暗星发光？

暗星的概念源于天体物理学中个基本但尚未解决的问题：恒星是如何形成的？在被广泛接受的观点中，大约138亿年前宇宙大爆炸后初几分钟内形成的化学元素——原始氢和氦云，在引力作用下坍缩。它们升温并引发核聚变，核聚变利用氢和氦形成了重的元素。这过程致了代恒星的形成。

恒星是在尘埃云向内坍缩并围绕个小而亮的致密核心凝聚时形成的。NASA、ESA、CSA、STScI、J.DePasquale（STScI），CCBYND

在恒星形成的标准观点中，暗物质被视为种被动元素，仅仅对周围的切施加引力，包括原始的氢和氦。但如果暗物质在这个过程中扮演积的角呢？这正是群天体物理学在2008年提出的问题。

在早期宇宙的致密环境中，暗物质粒子会相互碰撞并湮灭，在此过程中释放能量。这种能量可以加热氢气和氦气，阻止其进步坍缩，并延迟甚至阻止典型的核聚变点火。

其结果将是个类似恒星的天体——但它是由暗物质加热而非核聚变提供能量的。与普通恒星不同，PVC管道管件粘结胶这些暗星可能寿命长得多，因为只要它们持续吸引暗物质，就会直发光。这特会使它们有别于普通恒星，因为它们较低的温度会致各种粒子的辐射量较低。

我们能观测暗星吗？

些特的特征有助于天文学识别潜在的暗星。先，这些天体须非常古老。随着宇宙的膨胀，来自远离地球的天体的光的频率会降低，向电磁波谱的红外端移动，这意味着它会发生红移。对观测者来说，古老的天体红移现象为明显。

由于暗星由原始氢和氦形成，预计它们几乎不含或不含氧等较重元素。它们体积会非常大，表面温度较低，但亮度很，因为其体积——以及发光的表面积——弥补了较低的表面亮度。

预计它们的体积也非常巨大，半径约达数十个天文单位——天文单位是种宇宙距离度量单位，等于地球与太阳之间的平均距离。理论认为，些大质量暗星的质量大约能达到太阳质量的1万至1000万倍，具体数值取决于它们在成长过程中能够积聚多少暗物质以及氢或氦气。

那么，天文学观测到暗星了吗？有可能。詹姆斯韦伯太空望远镜的数据揭示了些红移的天体，它们似乎比科学预期的典型早期星系或恒星亮——也可能质量大。这些结果使得些研究人员提出，暗星或许可以解释这些天体。

如图例所示，詹姆斯韦布空间望远镜能够探测来自宇宙中各个天体的光线。 诺思罗普格鲁曼公司美国国航空局

特别是，近项分析詹姆斯韦布空间望远镜数据的研究确定了三个与大质量暗星模型相符的候选对象。研究人员通过观察这些天体所含的氦元素数量来对它们进行识别。由于是暗物质湮灭为那些暗星加热，而非核聚变将氦转化为重的元素，所以暗星应该含有多的氦。

研究人员强调，其中个天体确实呈现出了个潜在的确凿证据般的氦吸收特征：其氦丰度远远于在典型早期星系中所预期的水平。

暗星可能解释早期黑洞

暗星耗尽暗物质时会发生什么？这取决于暗星的大小。对于轻的暗星来说，暗物质的耗尽意味着引力会压缩剩余的氢，引发核聚变。在这种情况下，暗星终会变成颗普通的恒星，因此有些恒星可能初是暗星。

大质量暗星加令人着迷。在其生命周期结束时，死亡的大质量暗星会直接坍缩成个黑洞。这个黑洞可能会启动大质量黑洞的形成过程，就像天文学在星系中心观测到的那种，包括我们自己的银河系。

暗星或许也能解释早期宇宙中大质量黑洞是如何形成的。它们可能有助于阐明天文学观测到的些特黑洞。例如，星系UHZ1中的个黑洞质量接近1000万倍太阳质量，而且非常古老——它在大爆炸后仅5亿年就形成了。传统模型难以解释如此巨大的黑洞怎么能形成得这么快。

暗星的概念并未得到普遍认可。这些暗星候选体终可能只是不寻常的星系。些天体物理学认为，仅物质吸积（大质量天体吸引周围物质的过程）就可以形成大质量恒星，而且利用詹姆斯韦布望远镜观测数据进行的研究法区分大质量普通恒星和密度较低、温度较低的暗星。

研究人员强调，他们需要多的观测数据和理论进展来解开这个谜团。

相关知识

暗星是天文学理论中测存在的早期天体，可能形成于宇宙诞生初期。它与普通恒星依靠核聚变发光不同，暗星被认为主要通过内部暗物质粒子湮灭释放能量来维持亮度，其存在或能解释宇宙早期某些结构的形成，但目前尚未被直接观测证实。

BY: Alexey A. Petrov

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