它们在没有聚变的情况下发光——隐藏的恒星最终可能会揭示暗物质
这项研究背后的英美团队将它们命名为暗矮星。 不是因为它们是暗体——相反——而是因为它们与暗物质有着特殊的联系，暗物质是当前宇宙学和天体物理学研究中最核心的课题之一。 “我们认为宇宙的 25% 是由一种不发光的物质组成的，因此我们的眼睛和望远镜都看不见它。 我们只能通过它的引力效应来检测它。 这就是为什么我们称它为暗物质，“杰里米·萨克斯坦解释道，夏威夷大学物理学教授，也是该研究的作者之一。 我们今天对暗物质的了解是它的存在及其行为方式——但还不知道它到底是什么。 在过去的五十年里，人们提出了几种假设，但还没有一个收集到足够的实验证据来占上风。 像 Sakstein 及其同事的研究很重要，因为它们提供了打破这种僵局的具体工具。 最著名的暗物质之一候选者是弱相互作用大质量粒子 （WIMP）——与普通物质相互作用非常微弱的超大质量粒子：它们穿过物体而不被注意到，不发光，对电磁力不反应（因此它们不反射光并保持不可见），并且仅通过引力效应才能显现出来。 这种类型的暗物质是暗矮星存在所必需的。 “暗物质在引力作用下相互作用，因此它可以被恒星捕获，并且积累在它们内部。 如果发生这种情况，它也可能与自身相互作用并湮灭，释放出加热恒星的能量，“萨克斯坦解释道。 普通恒星——就像我们的太阳一样——之所以发光，是因为它们的核心发生了核聚变过程，产生了大量的热量和能量。 当恒星的质量足够大，引力以如此强烈的强度将物质压缩到中心以至于引发原子核之间的反应时，就会发生聚变。 此过程会发布一个巨大的能量，我们把它看作是光。 暗矮星也会发光——但不是因为核聚变。 “暗矮星是质量非常低的物体，大约是太阳质量的 8%，”萨克斯坦解释道。 如此小的质量不足以引发聚变反应。 出于这个原因，这些物体虽然在宇宙中很常见，但通常只发出微弱的光（由于它们相对较小的引力收缩产生的能量），并被科学家称为褐矮星。 然而，如果褐矮星位于暗物质特别丰富的区域——例如我们银河系的中心——它们可能会转变为其他东西。 “这些物体收集了暗物质，帮助它们成为暗矮星。 你周围的暗物质越多，你能捕获的就越多，“萨克斯坦解释道。 “而且，最终进入恒星内部的暗物质越多，它的湮灭就会产生更多的能量。” 但所有这些都依赖于一种特定类型的暗物质。 “为了使暗矮星存在，暗物质必须由 WIMP 或任何与自身相互作用如此强烈以产生可见物质的重粒子组成，”萨克斯坦说。 其他提出解释暗物质的候选者——例如轴子、模糊的超轻粒子或无菌中微子——都太轻了，无法在这些物体中产生预期的效果。 只有能够相互作用并湮灭成可见能量的大质量粒子才能为暗矮星提供动力。 然而，如果没有一种具体的方法来识别暗矮星，那么整个假设就没有什么价值。 出于这个原因，Sakstein 及其同事提出了一种独特的标记：“有一些标记，但我们建议使用 Lithium-7，因为它确实是一种独特的效果，”这位科学家解释道。 锂 7 很容易燃烧，并且在普通恒星中很快就会消耗掉。 “所以如果你能够找到一个看起来像暗矮星的物体，你就可以寻找它的存在锂，因为如果它是褐矮星或类似物体，它就不会存在。 詹姆斯·韦伯太空望远镜等工具可能已经能够探测到暗矮星等极冷的天体。 但是，根据萨克斯坦的说法，还有另一种可能性：“你可以做的另一件事是观察整个物体群体，并以统计的方式询问是否最好用暗矮星亚群来描述它。 如果在未来几年我们设法识别出一颗或多颗暗矮星，那么该线索在支持暗物质由 WIMP 组成的假设方面有多强？ “相当强壮。 对于轻暗物质候选者，比如轴子，我认为你无法得到像暗矮星这样的东西。 它们不会在恒星内部积累。 如果我们设法找到一颗暗矮星，它将提供令人信服的证据，证明暗物质很重，与自身相互作用很强，但与标准模型的相互作用很弱。 这包括WIMP 类别，但它也将包括其他一些更奇特的模型，“Sakstein 总结道。 观察暗矮星并不能最终告诉我们暗物质是 WIMP，但这意味着它要么是 WIMP，要么就所有意图和目的而言，行为都像 WIMP。