“暗星”假说得到证实？詹姆斯・韦布望远镜可能拍摄到 3 颗“暗物质星”，有助于破解重大宇宙谜题

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

最近，科学家通过分析詹姆斯・韦布空间望远镜拍摄到的图像，确定了三个古老的天体可能是所谓的"暗星"-- 一种由暗物质驱动的新型恒星。然而，不要让这个名字欺骗了你。科学家认为，这些暗星的亮度可超过太阳的 100 亿倍。

文 | 陈强

暗物质是一种神秘的不可见的物质，它不与光和其他电磁辐射发生相互作用，这使得科学家只能通过暗物质对可见物质的引力效应来推测其存在。

通过对引力透镜效应、星系内恒星的运动、宇宙微波背景辐射等的观测，科学家发现暗物质大量存在于星系、星系团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见物质的质量总和。最新的数据表明，整个宇宙的构成中，常规物质占 4.9%，而暗物质则占 26.8%，剩下的 68.3% 是暗能量。

尽管暗物质在宇宙中扮演着举足轻重的角色，但它的物理起源仍然是未解之谜。科学家怀疑，暗物质是由某种看不见的粒子组成的，这种粒子不反射光，也不吸收光，但能够产生引力效应。世界各地进行的各种实验正试图探测到这种类型的粒子。其中，最有希望的候选者被称为"大质量弱相互作用粒子"（WIMP）。

宇宙中有这么多的暗物质，那么会不会产生由暗物质驱动的恒星呢？

宇宙第一批恒星可能是暗星

我们知道，恒星的形成始于一个分子云，这是由气体和尘埃组成的一大块星际物质。当分子云中的某个区域在自身的引力作用下发生坍缩时，它的密度和温度会逐渐升高，直到中心区域温度足够高，能让分子云的氢发生核聚变。核聚变产生热量会阻止分子云进一步坍缩，此时，一个新的恒星就诞生了。

但在 2008 年，一些科学家提出，宇宙第一批形成的恒星不是由氢的核聚变驱动的，而是由暗物质湮灭驱动的。这种恒星被称为"暗星"。他们的理论基于这样一个假设：暗物质粒子的反粒子就是它本身。这样，暗物质粒子彼此发生碰撞时，就会发生湮灭并产生热量。

暗星具体的形成过程是这样的：在宇宙早期原始星系的中心，会存在非常密集的暗物质团块，以及由氢和氦为主要成分的分子云；当分子云冷却时，它会坍缩并随之吸收暗物质；随着密度的增加，暗物质粒子会更加频繁地发生湮灭，产生的热量会越来越多，这将阻止分子云进一步坍缩。此时，暗星就形成了。

暗星的热量来源将会均匀分布，而不是像普通恒星那样集中在核心处。此外，与普通恒星不同的是，暗星将继续聚集更多的气体和暗物质，变得比普通恒星更大、更亮。如果有足够多的暗物质，暗星可以增长到太阳质量的几百万倍，亮度可超过太阳的 100 亿倍。这样，如果我们用天文望远镜来观测的话，它们看起来更像星系。

暗星有助于破解多个宇宙谜题

最近，一组科学家分析了詹姆斯・韦布空间望远镜拍摄到的图像，发现 3 个最初被认为是星系的天体，非常符合暗星的相关特征。

这 3 颗暗星候选者（JADES-GS-z13-0，JADES-GS-z12-0 和 JADES-GS-z11-0）最初于 2022 年 12 月被确定为星系。利用光谱分析，科学家确认它们形成于宇宙大爆炸后约 3.2 亿年到 4 亿年之间，这使它们成为有史以来观测到的最早的天体之一。

如果暗星的发现得到证实，那么这将会解决关于宇宙演化的一个疑团。根据最新的观测数据，宇宙最早一批的星系似乎比传统的宇宙学模型更早地出现。大多数科学家认为，这个问题可以通过对理论进行小幅修正来解决。但也许，这些所谓的星系只是极为明亮的暗星。因为与形成一个星系相比，形成一颗暗星的速度显然会更快。

当暗星耗尽自身的暗物质时，它们就会坍缩成黑洞，这可能就是许多星系中心超大质量黑洞的由来。所以说暗星的存在，还可以解释宇宙中为什么有这么多的超大质量黑洞。

当然，最为关键的是，暗星有助于揭示暗物质的本质。但我们还不知道，暗物质粒子的反粒子是否就是它本身。即便如此，以暗物质湮灭为动力的恒星是否能稳定存在，也是一个问题。所以说，这个新发现还存在很多的疑点。

不过，这些科学家认为，如果这 3 个天体是暗星的话，那么它们的光谱应该有着独特的氦线。但到目前为止，詹姆斯・韦布空间望远镜还未能给出这方面的数据。科学家计划在不远的将来，能利用该望远镜对它们做进一步的观测。

参考文献：

• https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.051101

• https://doi.org/10.1073/pnas.2305762120