暗星(Dark stars)是什么?由暗物质驱动的超级恒星

像太阳这样的传统恒星,其能源来自核心的核聚变反应。但是有科学家推测,在宇宙早期阶段,曾经有一种名为暗星(Dark stars)的特殊恒星,它的其能量来源并非传统的核聚变,而是暗物质粒子的湮灭或量子效应。

和宇宙早期的第三星族星类似,暗星主要由氢和氦组成,但是它们的大小却让人叹为观止:质量达到太阳的50万~100万倍,光度是太阳的10亿倍以上,半径则超过太阳半径的一万倍,比冥王星轨道还要大得多,远远超过现代最大的恒星的大小。

暗星(Dark stars)是什么?由暗物质驱动的超级恒星

看到这里,你可能发现暗星实际上和之前我们介绍过的类恒星有点类似,都是非常巨大的质量和尺寸。一颗恒星要想维持这样的质量肯定就不能依靠传统的核聚变,这只能支撑起200多倍太阳质量的恒星。所以类恒星的内部是通过黑洞来提供能量,而暗星的内部则是依靠暗物质来提供能量。

暗星的形成是这样的:在宇宙大爆炸后约2亿年,暗物质聚集形成“微型暗晕”,吸引氢氦气体云。当暗物质密度达到阈值时,粒子湮灭产生的能量会阻止这些恒星坍缩成现代恒星相对致密的尺寸,从而阻止普通物质原子之间发生核聚变,形成暗星。

暗星的能源效率非常高,并不需要内部存在太多的暗物质,甚至只需要恒星质量0.1%物质是暗物质,就能驱动这么一大颗恒星发光发热,这当然是因为暗物质湮灭过程的质能转换效率远超核聚变。

暗物质湮灭产生的热量均匀分布,使恒星体积膨胀但温度较低,避免过早坍缩。

暗星(Dark stars)是什么?由暗物质驱动的超级恒星

在暗星内部的暗物质被消耗掉以后,较小的暗星可能会转化为普通恒星,而超大质量暗星则直接坍缩为黑洞,这可能和类恒星一样是早期宇宙中超大质量黑洞的快速形成的来源之一。

在2023年,韦伯太空望远镜在“宇宙深场”观测中发现三个候选暗星(JADES-GS-z11、z12、z13-0),它们形成于大爆炸后3.2-4亿年,比传统星系形成时间早数亿年。这些天体呈现圆形光斑(类似恒星)而非星系的丝状结构,且质量估算为太阳的50万至100万倍,与暗星模型高度吻合。

暗星理论的提出为理解早期宇宙和暗物质提供了全新视角。尽管目前观测证据仍不充分,但其潜在的科学价值(如解释超大质量黑洞起源、揭示暗物质本质)使其成为天文学和粒子物理学的前沿热点。

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