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潛伏在我們銀河系中心的暗矮星可能暗示了暗物質的性質

銀河系


潛伏在我們銀河系中心的暗矮星可能暗示了暗物質的性質


暗矮星的藝術表現 。圖片來源：Sissa Medialab
據SISSA媒體實驗室：被稱為暗矮星的天體可能隱藏在我們銀河系的中心，并可能為揭示當代宇宙學中最神秘和最基本的現象之一——暗物質的本質提供關鍵線索 。
英國和夏威夷的一個研究小組在《宇宙學和天體粒子物理學雜志》上發表的一篇論文首次描述了這些天體，并提出了如何使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等現有觀測工具來驗證它們的存在 。這篇論文的標題是“暗矮星：銀河系中心等待發現的暗物質驅動的亞恒星天體”
這項研究背后的英美團隊將它們命名為暗矮星 。不是因為它們是暗天體，而是因為它們與暗物質的特殊聯系，暗物質是當前宇宙學和天體物理學研究中最核心的課題之一 。
夏威夷大學物理學教授、該研究的作者之一杰里米·薩克斯坦解釋說：“我們認為，宇宙的25%是由一種不發光的物質組成的，這使得我們的眼睛和望遠鏡無法看到它 。我們只能通過它的引力效應來探測它 。這就是為什么我們稱之為暗物質 ?！?。
我們今天對暗物質的了解是它的存在及其行為方式，但還不清楚它到底是什么 。在過去的50年里 ， 已經提出了幾個假設，但還沒有一個收集到足夠的實驗證據 。Sakstein及其同事的研究很重要，因為它們提供了打破僵局的具體工具 。
最著名的暗物質候選者是弱相互作用大質量粒子（WIMP）——與普通物質相互作用非常弱的非常大的粒子：它們在不被注意的情況下穿過物體，不發光，對電磁力沒有反應（所以它們不會反射光，保持不可見） ， 并且只通過它們的引力效應來顯示自己 。這種類型的暗物質對于暗矮星的存在是必要的 。
Sakstein解釋說：“暗物質與引力相互作用，因此它可以被恒星捕獲并積聚在恒星內部 。如果發生這種情況，它也可能與自身相互作用并湮滅 ， 釋放出加熱恒星的能量 。” 。
像我們的太陽一樣，普通恒星之所以發光，是因為核聚變過程發生在它們的核心，產生大量的熱量和能量 。當恒星的質量足夠大，引力將物質壓縮到中心，其強度足以引發原子核之間的反應時，就會發生聚變 。這個過程釋放了大量的能量 ， 我們把它看作光 。暗矮星也會發光，但不是因為核聚變 。
Sakstein解釋說：“暗矮星是質量非常低的天體，約占太陽質量的8% ?！?。如此小的質量不足以引發聚變反應 。
因此，盡管這些物體在宇宙中很常見，但它們通常只會發出微弱的光（由于它們相對較小的引力收縮產生的能量） ， 科學家們稱之為褐矮星 。
然而，如果褐矮星位于暗物質特別豐富的區域，比如我們銀河系的中心，它們可以轉化為其他東西 。
Sakstein解釋說：“這些物體收集的暗物質有助于它們成為暗矮星 。你周圍的暗物質越多，你能捕獲的就越多 ?！??！岸?，恒星內部的暗物質越多，其湮滅產生的能量就越多 。”
但這一切都依賴于一種特定類型的暗物質 。Sakstein說：“為了使暗矮星存在，暗物質必須由WIMP或任何與自身強烈相互作用以產生可見物質的重粒子組成 ?！?。
其他提出解釋暗物質的候選者，如軸子、模糊超輕粒子或無菌中微子 ， 都太輕了，無法在這些物體中產生預期的效果 。只有能夠相互作用并湮滅成可見能量的大質量粒子才能為暗矮星提供能量 。
然而，如果沒有一種具體的方法來識別暗矮星，那么整個假設就沒有什么價值 。因此，Sakstein和他的同事提出了一種獨特的標記 。這位科學家解釋說：“有一些標記，但我們建議使用鋰-7，因為這確實是一種獨特的效應 ?！?。
鋰-7很容易燃燒，在普通恒星中很快就會被消耗掉 ?！耙虼?nbsp;， 如果你能找到一個看起來像暗矮星的物體，你可以尋找這種鋰的存在 ， 因為如果它是褐矮星或類似的物體，它就不會存在 。”
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等工具可能已經能夠探測到暗矮星等極冷的天體 。但是，根據Sakstein的說法，還有另一種可能性 ?！澳憧梢宰龅牧硪患率怯^察整個物體群體，并以統計的方式詢問，是否有一個子群體的暗矮星更好地描述它 ?！?br>如果在未來幾年我們能夠識別出一顆或多顆暗矮星，那么這條線索對暗物質是由WIMP組成的假設的支持程度有多強？
Sakstein總結道：“相當強 。對于亮暗物質候選者，比如軸子，我認為你無法得到類似暗矮星的東西 。它們不會在恒星內部積累 。如果我們設法找到一顆暗矮星，它將提供令人信服的證據，證明暗物質很重，與自身有強烈的相互作用，但與標準模型的相互作用很弱 。這包括WIMP的類別，但也包括一些其他更奇特的模型 。” 。
觀察暗矮星并不能最終告訴我們暗物質是WIMP，但這意味著它要么是WIMP要么在所有意圖和目的上都表現得像WIMP 。