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研究提示在银河系中心的“不朽”恒星可能已经找到了一个无尽的能量源

(2024-06-22 09:47:02)

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研究提示在银河系中心的“不朽”恒星可能已经找到了一个无尽的能量源

By Andrey Feldman

published yesterday

成团在银河系中心附近的奇怪恒星比理论预测可能的远更年轻。新的研究提示它们的青春实际上可能是永恒的，并且被湮灭的暗物质鼓动。

银河系中心的描画，显示被围在一个气体盘和恒星团中的我们的超大质量黑洞。 (Image credit: ESA–C. Carreau)

一项新的研究提示，围着银河系暴力中心涡旋的奇特恒星团可以通过持续的捕获和毁灭在它们核中的暗物质粒子变得“不朽的”。

用对恒星演化的计算机仿真，研究人员发现被这些恒星的引力捕获的暗物质粒子可能频繁的碰撞并在恒星内部彼此“湮灭”，在释放大量能量的同时转化成普通粒子。

研究人员提出，这种额外的能源可以维持恒星的稳定性并潜在的使它不朽的，甚至在它的常规核燃料供应已经枯竭之后。

主要研究作者、斯德哥尔摩大学天体粒子物理学博士候选人伊莎贝尔·约翰（Isabelle John）通过电子邮件告诉生活科学杂志， “恒星在核聚变中燃烧氢，向外压力平衡掉来自引力的向内压力并保持恒星在一个稳定的平衡中”。

然而，在银河系中心黑洞附近发现的许多恒星似乎比恒星演化理论预测的远更年轻。为调查这个秘密，研究人员测试了是否恒星可以正从想的在银河系中心的大量暗物质供给汲取能量。

约翰说，“我们的仿真显示如果恒星能够收集大量的暗物质，这些暗物质在恒星内部湮灭，这能提供一个类似的向外压力，使恒星由于暗物质湮灭而不是核聚变稳定的 - 因此恒星能用暗物质作为一种燃料而不是氢。重要的区别是恒星用尽它们的氢，这最终会造成它们死亡。另一方面，恒星能持续的收集暗物质”。

该研究于5月发表在预印本服务器arXiv上，还没有被同行评审。

恒星蔑视理论

詹姆斯·韦伯太空望远镜成像的银河系中心50光年宽的部分。估计有500,000颗恒星在人马座C区域的这张图像中闪耀。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, S. Crowe (UVA))

恒星演化是一个被充分研究的课题。在一颗恒星的年龄、光度、大小和温度中的关系已经被用理论和天文数据高精度推导。然而，最近的观测已经表明了银河系中心附近恒星的属性蔑视普遍接受的恒星演化理论。

约翰解释说，“我们银河系最里面的恒星即S星团恒星显示一系列在其他任何地方没有发现过的属性：尚不清楚它们是如何如此接近中心的，那里的环境被认为对恒星的形成是相当不利的。它们似乎比如果恒星已经从其他地方移动到那里会是的预期的远更年轻。此外，似乎像有很多重恒星一样”。

S星团恒星的这些奇怪属性可以被它们内存在一个额外的能量来源解释。例如，这种额外的能源可以允许恒星以更低的速度燃烧氢气（通常的能量来源），造成它更慢老化，出现比它实际是的更年轻。

在他们最近的研究中，约翰与斯德哥尔摩大学的蒂姆·林登（Tim Linden）和斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的丽贝卡（Rebecca K. Leane）一起提出这个来源可能是暗物质粒子的湮灭。这种解释与这样一个更多的暗物质据信潜伏在银河系的中心的事实相一致，刚好在古怪恒星被观测到的地方。

约翰说，“整个银河系的大部分，暗物质密度是不足够高来影响恒星，但在银河系中心，暗物质的量是非常高，潜在的比地球上更高数十亿倍”。

假想的湮灭

为验证他们的假设，研究人员进行了一颗有一个与银河系中心的密度相匹配的密度被暗物质云包围的恒星的生命周期的计算机仿真。他们假定了暗物质由弱相互作用大质量粒子组成，这是暗物质成分的主要候选者之一。

由于在实验室实验中暗物质粒子还没有被发现，它们与普通物质相互作用的强度以及它们彼此湮灭的速度是不知道的。但研究表明了对这些量的某些值，基于暗物质的能量产生机制完美的解释了观测到的S星团恒星的属性。