【星闻星事系列09】暗物质星是超大质量黑洞的种子?

发布者:江苏省天文学会文章来源:江苏省天文学会发布时间:2019-09-03浏览次数:14

早期宇宙与现今的截然不同,但它却可以造就出以暗物质为燃料的奇特巨型恒星。



[图片说明]:暗物质湮灭也许驱动着宇宙中的第一批恒星,使得它们生长成数百万倍于太阳质量、数十亿倍于太阳亮度的巨星。版权:Astronomy: Roen Kelly after NSF。

 

暗物质星目前是一种假想的天体,存在于宇宙早期,由暗物质提供能量。如果真的存在,这些神秘的天体不仅是宇宙中形成的第一批恒星,或许还能够解释超大质量黑洞的起源。  

  

普通恒星都以核聚变产能,也会因自身的引力而坍缩。在恒星引力坍缩时,会在其核心产生大量的热,使得原子发生聚变并释放能量。这些能量提供了向外的压强来平衡向内的引力坍缩。  

  

暗物质星却略有不同。理论预言  ,与普通恒星一样,暗物质星主要由氢和氦组成。但因为形成于密度极高的早期宇宙中,暗物质星可能还包含了不少的弱相互作用大质量粒子,后者是目前暗物质的主要候选体。  

  

弱相互作用大质量粒子是自身的反粒子,可以彼此湮灭,释放出能量。在  暗物质星内部,不需要核聚变,弱相互作用大质量粒子的湮灭就可以提供向外的压强来平衡恒星的坍缩。  

      

虽然弱相互作用大质量粒子仅占  暗物质星总质量的 0.1%左右,但却足以维系 暗物质星达数百万年乃至几十亿年。  

  

 此外,暗物质星与正常恒星看起来也有所不同。因不需要核聚变,  暗物质星不会像正常恒星那样小。相反,它们很可能就像一团巨大、蓬松且极亮的气体。  暗物质星的直径甚至能达到10个天文单位。1个天文单位相当于太阳到地球的平均距离,约1.5亿千米。 

      

只要暗物质在湮灭,  暗物质星就能不断长大。由于在理论上不具备上限,据估计它们可以长到太阳质量的1 000万倍,光度达到太阳的100亿倍。 

  

然而,由暗物质湮灭产能却成为了证明  暗物质星确实存在的障碍。只有在宇宙极早期,暗物质粒子间才十分靠近,湮灭进而得以发生。为了观测到暗物质星,就必须要有一架能够追溯到遥远过去的望远镜。幸运的是,只要知道该往哪儿看,即将发射的詹姆斯·韦布空间望远镜应该能观测到 暗物质星。  

  

暗物质星看上与普通的高温恒星完全不同。它们的温度较低,因此虽然比太阳大得多,但所发光的频率与太阳类似。其他天体不会具有这样的特性,它们会是一种全新的恒星类型。  

  

如果能发现  暗物质星存 在的证据,这将会改变对早期宇宙的认识。  暗物质星会成为形成于大爆炸后约2亿年的、第一代恒星的候选体。 

  

同时  暗物质星还能解释宇宙学中最热门的问题之一:超大质量黑洞最初是如何形成的?如果在早期宇宙中发现了一颗质量达太阳 100万的 暗物质星,那么很显然它最终会演化成黑洞。之后,通过相互并合就能形成超大质量黑洞。  

  

  

原文链接:http://www.astronomy.com/news/2019/07/dark-stars-the-seeds-of-supermassive-black-holes 


作者:Jake Parks 

编译:张景  

校审:谢懿