NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現了些潛在的暗星候選體。NASA、ESA、CSA和STScI

使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡的科學在2025年初發現了三個不尋常的天文物體，它們可能是暗星的例子。暗星的概念已經存在段時間了，可能會改變科學對普通恒星形成式的理解。不過，它們的名字有些誤。

暗星是那種不太恰當的名稱之，從表面上看，它法準確描述其所代表的物體。暗星并非嚴格意義上的恒星，而且它們肯定不暗。

盡管如此，這個名稱抓住了這現象的本質。名稱中的暗并非指這些天體的亮度，而是指讓它們發光的過程——由種名為暗物質的秘物質驅動。這些天體的巨大尺寸使得它們難以被歸類為恒星。

作為名物理學，我直對暗物質很著迷，并且直在嘗試用粒子加速器找到觀測其蹤跡的法。我很好奇暗星是否能為尋找暗物質提供種替代法。

是什么讓暗物質成為暗的呢？

暗物質約占宇宙的27，卻法被直接觀測到，它是暗星現象背后的關鍵概念。天體物理學研究這種秘物質已近個世紀，但除了其引力應外，我們尚未發現任何直接證據。那么，是什么讓暗物質暗呢？

盡管物理學對暗物質了解不多，但它大約占宇宙的27。 來源：視覺資本科學圖片庫上海pvc排水管專用膠水，蓋蒂圖片社

人類主要通過探測各種物體發射或反射的電磁波來觀測宇宙。例如，月球能被肉眼看到是因為它反射太陽光。月球表面的原子吸收來自太陽的光子——即光的粒子——致原子內的電子移動，并將部分光射向我們。

的望遠鏡能探測可見光光譜之外的電磁波，比如紫外線、紅外線或線電波。它們運用相同的原理：原子中帶電荷的成分會對這些電磁波產生反應。但它們如何能探測到種物質——暗物質——它不僅不帶電荷，而且也沒有帶電荷的成分呢？

雖然科學們不知道暗物質的確切質，但許多模型表明它由電中粒子組成——即不帶電荷的粒子。這種特使得我們法用觀測普通物質的式來觀測暗物質。

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暗物質被認為是由自身即為反粒子的粒子構成的。反粒子是粒子的鏡像版本。它們具有相同的質量，但電荷和其他質相反。當個粒子遇到其反粒子時，兩者會相互湮滅并釋放出陣能量。

如果暗物質粒子是自身的反粒子，它們在相互碰撞時就會湮滅，可能釋放出大量能量。科學預測，只要這些恒星內部的暗物質粒子密度足夠，這個過程就對暗星的形成起著關鍵作用。暗物質密度決定了暗物質粒子相互相遇和湮滅的頻率。如果暗星內部的暗物質密度很，它們就會頻繁湮滅。

什么讓暗星發光？

暗星的概念源于天體物理學中個基本但尚未解決的問題：恒星是如何形成的？在被廣泛接受的觀點中，大約138億年前宇宙大爆炸后初幾分鐘內形成的化學元素——原始氫和氦云，在引力作用下坍縮。它們升溫并引發核聚變，核聚變利用氫和氦形成了重的元素。這過程致了代恒星的形成。

恒星是在塵埃云向內坍縮并圍繞個小而亮的致密核心凝聚時形成的。NASA、ESA、CSA、STScI、J.DePasquale（STScI），CCBYND

在恒星形成的標準觀點中，暗物質被視為種被動元素，僅僅對周圍的切施加引力，包括原始的氫和氦。但如果暗物質在這個過程中扮演積的角呢？這正是群天體物理學在2008年提出的問題。

在早期宇宙的致密環境中，暗物質粒子會相互碰撞并湮滅，在此過程中釋放能量。這種能量可以加熱氫氣和氦氣，阻止其進步坍縮，并延遲甚至阻止典型的核聚變點火。

其結果將是個類似恒星的天體——但它是由暗物質加熱而非核聚變提供能量的。與普通恒星不同，PVC管道管件粘結膠這些暗星可能壽命長得多，因為只要它們持續吸引暗物質，就會直發光。這特會使它們有別于普通恒星，因為它們較低的溫度會致各種粒子的輻射量較低。

我們能觀測暗星嗎？

些特的特征有助于天文學識別潛在的暗星。先，這些天體須非常古老。隨著宇宙的膨脹，來自遠離地球的天體的光的頻率會降低，向電磁波譜的紅外端移動，這意味著它會發生紅移。對觀測者來說，古老的天體紅移現象為明顯。

由于暗星由原始氫和氦形成，預計它們幾乎不含或不含氧等較重元素。它們體積會非常大，表面溫度較低，但亮度很，因為其體積——以及發光的表面積——彌補了較低的表面亮度。

預計它們的體積也非常巨大，半徑約達數十個天文單位——天文單位是種宇宙距離度量單位，等于地球與太陽之間的平均距離。理論認為，些大質量暗星的質量大約能達到太陽質量的1萬至1000萬倍，具體數值取決于它們在成長過程中能夠積聚多少暗物質以及氫或氦氣。

那么，天文學觀測到暗星了嗎？有可能。詹姆斯韋伯太空望遠鏡的數據揭示了些紅移的天體，它們似乎比科學預期的典型早期星系或恒星亮——也可能質量大。這些結果使得些研究人員提出，暗星或許可以解釋這些天體。

如圖例所示，詹姆斯韋布空間望遠鏡能夠探測來自宇宙中各個天體的光線。 諾思羅普格魯曼公司美國國航空局

特別是，近項分析詹姆斯韋布空間望遠鏡數據的研究確定了三個與大質量暗星模型相符的候選對象。研究人員通過觀察這些天體所含的氦元素數量來對它們進行識別。由于是暗物質湮滅為那些暗星加熱，而非核聚變將氦轉化為重的元素，所以暗星應該含有多的氦。

研究人員強調，其中個天體確實呈現出了個潛在的確鑿證據般的氦吸收特征：其氦豐度遠遠于在典型早期星系中所預期的水平。

暗星可能解釋早期黑洞

暗星耗盡暗物質時會發生什么？這取決于暗星的大小。對于輕的暗星來說，暗物質的耗盡意味著引力會壓縮剩余的氫，引發核聚變。在這種情況下，暗星終會變成顆普通的恒星，因此有些恒星可能初是暗星。

大質量暗星加令人著迷。在其生命周期結束時，死亡的大質量暗星會直接坍縮成個黑洞。這個黑洞可能會啟動大質量黑洞的形成過程，就像天文學在星系中心觀測到的那種，包括我們自己的銀河系。

暗星或許也能解釋早期宇宙中大質量黑洞是如何形成的。它們可能有助于闡明天文學觀測到的些特黑洞。例如，星系UHZ1中的個黑洞質量接近1000萬倍太陽質量，而且非常古老——它在大爆炸后僅5億年就形成了。傳統模型難以解釋如此巨大的黑洞怎么能形成得這么快。

暗星的概念并未得到普遍認可。這些暗星候選體終可能只是不尋常的星系。些天體物理學認為，僅物質吸積（大質量天體吸引周圍物質的過程）就可以形成大質量恒星，而且利用詹姆斯韋布望遠鏡觀測數據進行的研究法區分大質量普通恒星和密度較低、溫度較低的暗星。

研究人員強調，他們需要多的觀測數據和理論進展來解開這個謎團。

相關知識

暗星是天文學理論中測存在的早期天體，可能形成于宇宙誕生初期。它與普通恒星依靠核聚變發光不同，暗星被認為主要通過內部暗物質粒子湮滅釋放能量來維持亮度，其存在或能解釋宇宙早期某些結構的形成，但目前尚未被直接觀測證實。

BY: Alexey A. Petrov

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