超大质量暗物质恒星可能潜伏在早期宇宙中

我们可能已经看到了由暗物质驱动的奇怪恒星的最初迹象。这些所谓的暗星可以解释宇宙中几个最神秘的物体，同时也为我们提供有关暗物质本身真实本质的暗示。

当气体云自身塌陷并且中心变得如此致密以至于引发核聚变时，普通恒星就会形成。这种聚变通过将大量的热量和能量泵入周围的等离子体和气体来为恒星提供动力。

暗星可能在早期宇宙中以类似的方式形成，当时一切都更密集，尤其是暗物质。如果坍缩形成恒星的云内部有足够的暗物质，那么暗物质就会在聚变开始之前就开始粉碎并湮灭，释放出足够的能量使暗星发光并防止其进一步坍缩。

暗星的形成 会相当简单，现在由 Katherine Freese 领导的团队 德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员已经弄清楚了它的消亡可能会是什么样子。

在一颗巨大的普通恒星中，一旦氢和氦耗尽，恒星就会继续将较重的元素融合在一起，直到最终耗尽燃料并坍缩形成黑洞。扔进恒星的物质越多，这个过程发生的速度就越快。

对于暗星来说并非如此。 “你可以将一颗普通的、太阳质量的恒星放入其中，放入一些暗物质，这样该恒星的能量来源就不是核反应，而是暗物质湮灭，你就可以继续供给它。只要你继续供给它足够的暗物质，它就永远不会经历导致麻烦的核演化，”乔治·富勒说。 加州大学圣地亚哥分校的教授，弗里斯团队的成员。

但由于广义相对论，暗物质只能拯救这些奇怪的巨人这么长时间。根据阿尔伯特·爱因斯坦的理论，物体的引力场不会随着质量直接增长——引力会产生更多的引力。最终，一个物体变得太大而变得不稳定，任何小的扰动都会导致重力接管并将其塌缩成黑洞。研究人员计算出，对于暗星来说，这种情况应该发生在质量为太阳质量 1000 到 1000 万倍之间的情况下。

这种质量范围使超大质量暗星成为解释早期宇宙最大谜团之一的绝佳竞争者：超大质量黑洞。天文学家在宇宙历史的极早期就发现了巨大的黑洞，但尚不清楚它们是如何如此迅速地形成的。主要的假设之一是，它们不是由普通恒星形成的，而是由某种巨大的“种子”形成的。

“如果你有一个 100 个太阳质量的黑洞，那么你怎么能在几亿年内达到 10 亿个太阳质量呢？如果你只用标准恒星制造黑洞，这是不可能的，”Freese 说。 “然而，如果你从相当大的种子开始，那确实会产生影响。”暗星可能就是那些种子。

但这并不是早期宇宙中暗星可以解开的唯一谜团。詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）还发现了另外两种意想不到的物体，它们被昵称为小红点 和蓝色怪物。它们都是极其遥远的天体，对它们的直接解释是它们是致密星系。

然而，就像超大质量黑洞一样，这些物体距离太远，因此在宇宙历史中还为时过早，我们无法轻松解释它们是如何形成的——根本没有足够的时间。根据我们对它们的观察，弗里斯和另一组同事计算出，小红点和蓝色怪物实际上可能是单独的、质量极大的暗星。

如果它们是暗星，它们的光中应该有一个签名。这个特征与暗星（如果存在）应该吸收的特定波长的光有关。普通恒星——以及充满它们的星系——太热而无法吸收这种光。

弗里斯和她的同事确实发现了这种专注的迹象 在 JWST 对其中几个遥远物体的最初观测中，但数据噪音太大，无法确定它的存在。 “目前，我们拥有的所有候选者中，有两件事可以同样符合光谱：一颗超大质量暗星或整个星系的普通恒星，”弗里斯说。 “如果你看到这个凹陷，那肯定不是一个充满正常恒星的星系，那是一颗暗星。但现在我们所拥有的只是一个可悲的小暗示。”

我们还不能说我们确实已经探测到了暗星，但这是向前迈出的一步。丹·胡珀 (Dan Hooper) 表示：“这并不是什么深刻、明确的确凿证据，但这是他们正在寻找的一个非常有动机的东西，而 JWST 所看到的某些方面确实指向了这个方向。” 在威斯康星大学麦迪逊分校。

为了确定这些天体是否真的是暗星，我们需要更多的观测，最好是在更高的灵敏度下进行观测，但目前尚不清楚 JWST 是否能够达到对如此遥远的星系或暗星的必要细节水平。

“确认暗星的存在将是一个重大发现，”弗拉基米尔·塔希斯托夫说 日本高能加速器研究组织。他说，它可以为基础物理学打开一个新的观察窗口。这是因为暗星不仅可以解开超大质量黑洞、小红点和蓝色怪物等宇宙奥秘，而且我们还可以利用它们来探测目前我们知之甚少的暗物质的本质。

如果它们是超大质量黑洞的种子，情况尤其如此。弗里斯、富勒和他们的团队计算出，它们坍缩并形成黑洞的质量取决于湮灭的暗物质粒子的质量 在他们的核心。这意味着我们可以使用超大质量黑洞来测量或至少限制暗物质的特性。当然，首先我们必须确认暗星确实存在。 “即使有这些东西，它们也很罕见，”胡珀说。 “罕见，但非凡。”