暗物质可以将“失败的恒星”转到黑暗面创造 “暗矮星”

By Robert Lea published 12 hours ago

Astronomy

 “暗物质可能被恒星捕获并在恒星内部积累。如果这发生，它也可能与自身相互作用并湮灭释放加热恒星的能量” 。

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暗物质陷住“暗矮星”恒星的描畫。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))

 “暗矮星”可能听起来像是一个崇拜索伦的中土世界居民的新种族一樣，但它实际上是一种新型的恒星体，被提議存在于星系的中心。

这里的前缀“暗”不是指黑暗君主而是指暗物质，这种神秘的占宇宙物质的85%的物质。这种形式的物质效果上仍然是不可见的，因为它不与光相互作用，但它确实与引力相互作用。

新的研究提示也被称为“失败的恒星”的褐矮星可能会對暗物质起引力陷阱的作用，迫使这种異域的物质与它自身相互作用。这释放能量，加热这些失败的恒星并将它们从褐矮星变成暗矮星。暗矮星积累的暗物质越多，这些暗面恒星將辐射的能量就越多。

如果这个想法是對的，并且暗矮星确实居住在银河系和其他星系的心臟，那里暗物质是最丰富的，那么它給科学家们一个關於假设的未被发现的粒子一定构成这种神秘的物质形式的强有力暗示。

这是因为只有某些暗物质粒子與彼此相互作用并“自我湮灭”，释放能量。可以说这种自我相互作用粒子最受欢迎的例子是弱相互作用大质量粒子（WIMP）。

夏威夷大学的研究小组成员杰里米·萨克斯坦在一份声明中说，“暗物质引力上相互作用，因此它可以被恒星捕获并在恒星内部積纍。如果这发生，它也可能与它自身相互作用并湮灭，释放加热恒星的能量” 。

褐矮星转向黑暗面

褐矮星獲得一个不幸的绰号“失败的恒星”，因为尽管剛好像恒星從坍塌的气体和尘埃云形成一樣，但它们不能聚集足够的质量来触发在它們核中氢与氦的聚变。

这个过程为太阳一樣主序星提供动力。褐矮星微弱的煇光，因为在它们内一些核聚变發生，而且它们在它們的自身引力作用下收缩。但当它们位于星系的中心时这些失败的恒星可能找到另一种能源。

萨克斯坦解释说：“暗矮星是质量非常低的天体，约占太阳质量的8%。这些天体收集帮助它们變成一顆暗矮星的暗物质” 。

暗物质引力上相互作用但不与其他物质相互作用，这意味着它不用太多反对能沉入星系的心臟。这意味着星系中心是富含暗物质，因此是最有可能发现暗矮星的地方。

萨克斯坦说，“你周围有的暗物质越多，你能捕获的就越多，而且更多的暗物质終結在恒星内部，通過它的湮灭产生的能量就越多” 。

两颗褐矮星相對英仙座分子云背景的描畫。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))

暗物质如果它与自身相互作用才能为暗矮星提供動力。即便这些相互作用是罕见的或“微弱的”（这可以解释为什么我们还没有检测到它们），在暗物质引力上挤在了一起的地方比如在褐矮星的心臟它们可能变得频繁的。

因此，暗矮星的存在可能消除暗物质的非相互作用候选粒子以及太轻的粒子。这可能包括此刻领先的暗物质候选者轴子。

萨克斯坦说，“为暗矮星來存在，暗物质不得不由弱相互作用大质量粒子或任何与它自身强烈相互作用來产生可见物质的重粒子弄成”。

詹姆斯·韦伯太空望远镜可以探测到在银河系中心宿主暗物质的冷褐矮星。 (Image credit: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez)

当然，如果研究小组不能提出一种來检测暗矮星并将它們与非暗物质提供動力的褐矮星或普通恒星区分开这将是徒劳的猜测。

研究人员提出一种特殊的可能是暗矮星的一個致命弱点的化学标记——同位素锂-7，它容易的燃烧，因此很快被普通恒星消耗。

萨克斯坦说：“有一些标记，但我们建议了锂-7，因为这真的是一种独特的效应。因此，如果你能找到一个看起来像一個暗矮星的天体，你可以寻找这种锂的存在，因为如果它是一個褐矮星或一個类似的天体，它不会在那裏” 。

该团队认为，像美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）这样的强大望远镜可能已经能够探测到冷和暗的暗矮星。

Sakstein说：“你可以做的另一件事是观察整个天体群体并以统计的方式询问，是否它被有一个子群体的暗矮星更好描述”。

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萨克斯坦爭論如果在银河系的中心探测到一個暗矮星，这将是弱相互作用大质量粒子为暗物质粒子的“可究因的強”的证据。

研究人员说：“对輕暗物质候选者比如一個轴子，我不认为你能得到像一個某些像一個暗矮星一样的东西。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暗物质是重的并且与自身有强的相互作用但与标准模型（“普通”物质）弱的证据。这包括弱相互作用大质量粒子的类别，但也包括其他一些更異域的模型。

   “观測一個暗矮星并不能結論性的告诉我们暗物质是一個弱相互作用大质量粒子但这意味着它要么是一個弱相互作用大质量粒子要么對所有意图和目的行爲像一個弱相互作用大质量粒子一樣” 。

该团队的研究发表在Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).