眾所周知恒星主要是通過內(nèi)部的核聚變來發(fā)光發(fā)熱，不過近些年有科學(xué)家預(yù)言，在宇宙的早期可能有那么一類“恒星”，它們的個(gè)頭巨大但內(nèi)部卻沒有聚變發(fā)生，為其提供能量的不是普通物質(zhì)，而是體內(nèi)的暗物質(zhì)。由于表面溫度很低，我們只能看到它們發(fā)出微弱的亮光，因此科學(xué)家稱其為 —— 暗星。
前面說過，現(xiàn)如今的宇宙學(xué)模型仍然存在一些問題，比如早期星系為何意外成熟、超大質(zhì)量黑洞是如何在短時(shí)間內(nèi)形成的等等。解決這些問題目前主要有兩個(gè)方向：一個(gè)是針對具體的問題打補(bǔ)丁，一個(gè)是從根上對宇宙學(xué)模型打補(bǔ)丁。前不久那個(gè)“宇宙年齡翻倍”的事屬于后者，而今天要說的這個(gè)“暗星”就屬于前者。
由于每一代的恒星所包含的金屬元素占比不同，目前我們?yōu)楹阈莿澐至巳齻€(gè)“輩分”：
（注意：1、天文上的“金屬”通常指代除氫、氦以外的其他元素；2、這里的“輩分”并不是嚴(yán)格的世代交替，更多是用來劃分年齡段）
1、和我們太陽一樣，屬于最晚的一代（相當(dāng)于孫子輩），部分原材料經(jīng)歷了多代恒星加工，因此富含金屬元素，這類恒星被稱為“第一星族星”；
2、比孫子輩恒星更早的一代，關(guān)鍵材料只來源于初代恒星的超新星爆發(fā)，因此只含有少量金屬元素，這類恒星被稱為“第二星族星”；
3、大爆炸后的第一批恒星，除了氫和氦以外沒有任何金屬元素，這類恒星被稱為“第三星族星”（相當(dāng)于是爺爺輩）。
目前第一星族星隨處可見，第二星族星也是偶有發(fā)現(xiàn)，但這第三星族星卻至今仍未露面。
然而在 2007 年，這次科學(xué)家又預(yù)言了一種比爺爺輩的第三星族星更老的“恒星”。嚴(yán)格來說這種“恒星”已經(jīng)不能稱其為恒星，由于沒有核聚變，這意味著它不符合傳統(tǒng)恒星的定義。但是換個(gè)角度來看，它或許是恒星在宇宙尺度演化的真正第一階段，所以我愿稱其為 ——“始祖星”。
大爆炸伊始，當(dāng)宇宙中氫和氦剛剛形成之時(shí)，由暗物質(zhì)構(gòu)成的物質(zhì)骨架已經(jīng)初見端倪。很快在暗物質(zhì)的引力作用下，大量的氫和氦如同血肉開始附著在骨架之上。
隨后在暗物質(zhì)較為密集的地方，星系開始慢慢形成。而在星系的中心，由于暗物質(zhì)更為密集，大量的氫和氦在這里聚集成團(tuán)并且越積越多、越變越大。
雖然這團(tuán)云最先是由暗物質(zhì)觸發(fā)，但是隨著氫和氦的聚集，普通物質(zhì)的占比變得越來越大，直至占到這團(tuán)氣體的 99.9% 以上。
此時(shí)該氣體團(tuán)的質(zhì)量可以達(dá)到百萬乃至千萬個(gè)太陽，直徑更是可以達(dá)到上千個(gè)天文單位。這個(gè)個(gè)頭，即使是恒星界的巨無霸史蒂文森 2-18 來了，那也得喊聲“大佬”。
單從質(zhì)量來看，即使是爺爺輩的第三星族星，頂多也就幾百倍太陽質(zhì)量。對于這種幾百萬倍太陽質(zhì)量的天體，按理來說它早就應(yīng)該向內(nèi)坍縮并引發(fā)核心的聚變反應(yīng)了。但是由于體內(nèi)那 0.1% 的暗物質(zhì)，事情開始向不一樣的方向發(fā)展。
通常來說，暗物質(zhì)究竟是什么目前仍然不得而知，它有可能是一種東西，也有可能是許多東西的共同作用結(jié)果。而這次研究人員選定的是一種被稱為“中性微子”的候選粒子。
作為一種由超對稱理論預(yù)言的假想粒子，中性微子也被稱為超中性子。這是一種電荷為零、反粒子就是其自身的費(fèi)米子，也就是傳說中的馬約拉納費(fèi)米子。
由這種粒子構(gòu)成的暗物質(zhì)粒子，當(dāng)密度足夠高時(shí)，由于反粒子就是其自身，正反物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生特殊的湮滅反應(yīng)。該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的伽馬射線并釋放出特殊的高能電子等粒子。目前包括“悟空號”在內(nèi)的許多暗物質(zhì)探測器，都是希望通過捕捉到這種具有特殊能譜的電子或者伽馬射線，來間接發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子。
話說回來，那個(gè)百萬倍太陽質(zhì)量的云團(tuán)內(nèi)部為何沒能發(fā)生聚變，原因就在于它內(nèi)部的暗物質(zhì)粒子發(fā)生了湮滅反應(yīng)。
原本云團(tuán)的物質(zhì)在巨大的引力作用下應(yīng)該會(huì)向內(nèi)塌陷，隨著物質(zhì)持續(xù)向內(nèi)塌陷，云團(tuán)核心部位的物質(zhì)密度變得足夠高、壓強(qiáng)足夠大，此時(shí)在量子隧穿的作用下，氫原子之間開始出現(xiàn)核融合，于是聚變便開始了。
但是因?yàn)殇螠绶磻?yīng)的加入，物質(zhì)向內(nèi)塌陷的趨勢被湮滅反應(yīng)釋放的能量給抑制住了。本應(yīng)由核聚變承擔(dān)的事，現(xiàn)在被湮滅反應(yīng)提前抗下了。
此時(shí)這團(tuán)云表現(xiàn)出了類似恒星但又和恒星完全不同的特征。類似恒星的地方是：它也能發(fā)光，雖然這個(gè)光不是由核聚變產(chǎn)生；不同的地方是：雖然能發(fā)光但是這個(gè)光卻十分微弱（當(dāng)然是相對于它那百萬倍太陽的質(zhì)量而言）。
通常來說，恒星質(zhì)量越大外界看起來也就越亮。像我們的太陽，它的表面大約有 6000 度，而這個(gè)百萬倍太陽質(zhì)量的“恒星”，它的表面溫度卻只有區(qū)區(qū) 10000 度。這個(gè)溫度產(chǎn)生的光亮對于遙遠(yuǎn)的我們來說，幾乎啥也看不到，這也是它的名字“暗星”的由來。
明白了吧，暗星可不是說一個(gè)完全由暗物質(zhì)構(gòu)成的“暗物質(zhì)星”。雖然它確實(shí)也和暗物質(zhì)有關(guān)，但暗物質(zhì)僅僅是為這種星提供了能量來源。
由于僅靠 0.1% 的暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)生能量，暗星的溫度非常低，因此亮度也不高，但好在它的個(gè)頭足夠大，所以整體的光度仍然非常高，甚至可以達(dá)到 100 億個(gè)太陽的光度。所以呢，理論上只要有足夠強(qiáng)大的紅外探測能力，我們還是有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的。
這不，2023 年 6 月，一篇發(fā)表在《美國科學(xué)院院報(bào)》上的文章表示，研究人員從韋伯（韋布）望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的幾百個(gè)潛在高紅移天體中，最終鎖定了三顆暗星的候選者。
不過目前對它們的分析主要還是圍繞在光度方面，并沒有十分強(qiáng)有力的證據(jù)。研究人員后續(xù)還會(huì)對這三顆候選暗星的光譜進(jìn)行詳細(xì)分析，以證明它們是否符合暗星理論的相關(guān)特征。
假如暗星真的存在，它能解決什么問題呢？
由于暗星體內(nèi)的暗物質(zhì)含量很少，隨著其逐漸耗盡，構(gòu)成暗星的普通物質(zhì)開始繼續(xù)向內(nèi)坍縮，直至引發(fā)內(nèi)部的核聚變。
這對于質(zhì)量較小的暗星來說可能是個(gè)好消息，因?yàn)榇撕笏鼈兛梢浴皸壈低睹鳌闭健稗D(zhuǎn)正”成真正的恒星。至此宇宙才迎來了第一批恒星，也就是第三星族星。
然而對于大質(zhì)量的暗星來說，形勢就不容樂觀了。足夠大的質(zhì)量使得它們的引力塌陷已經(jīng)勢不可擋，核聚變提供的那點(diǎn)能量猶如螳臂當(dāng)車，最終所有物質(zhì)將坍縮成一個(gè)點(diǎn)，于是一個(gè)擁有百萬乃至千萬倍太陽質(zhì)量的黑洞便形成了。
作為日后星系中心超大質(zhì)量黑洞的種子，這種由暗星轉(zhuǎn)變的黑洞確實(shí)是一種短時(shí)間內(nèi)形成大質(zhì)量黑洞的解決方案。所以關(guān)于“超大質(zhì)量黑洞起源”的猜測，從此便又多了一種可能性。
本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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