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一種新型別的恒星在依靠吞噬暗物質以達到「不朽」

2024-06-26科學

在我們迅速膨脹的宇宙中,恒星的生命遵循著老生常談的軌跡,先是融合氫,然後是氦,然後體積膨脹,直到耗盡核燃料並崩潰,再也無法抵抗重力。

但是,在我們銀河系最深處的一些恒星,非常靠近銀河系中心,可能正在開辟自己的道路,表現出與我們的恒星演化標準圖景不符的奇怪特性。

新的研究表明,這些異常現象可能主要是由暗物質而不是核融合驅動的 —— 暗物質「補充」了恒星,使它們相比之下實際上更古老。

瑞典斯德哥爾摩大學和加州史丹佛大學的研究人員利用恒星演化的電腦模型,模擬了一群圍繞銀河系中心旋轉的恒星,比較了它們在註入暗物質和沒有暗物質的情況下是如何演化的。

他們的模型預測了一類新的重恒星的存在,這些恒星不僅透過原子核的少量融合,還透過與反物質碰撞的「實際上無限」的暗物質體子的湮滅,而保持「發光」。

這種奇特的反應釋放出一團熾熱的光子和電子,可以產生足夠的壓力來阻止恒星塌縮,其壽命可能是普通恒星壽命的100倍,使它們實際上成為不朽的。

斯德哥爾摩大學天體物理學研究生伊莎貝爾·約翰(Isabelle John)和同事在他們的預印本中寫道:「銀河系的最內部正是暗物質密度足夠高的地方,暗物質湮滅可以在很大程度上取代核融合作為恒星的能量來源,使恒星在年老時永遠保持年輕。」該預印本尚未經過同行評審。

銀河系的星系中心非常明亮,這使得該區域很難成像,而且那裏的恒星看起來比它們的光譜特征所顯示的要年輕。

這種年輕表明它們是在當地形成的,而不是從其他地方飄來的。然而,我們目前的恒星形成模型表明,恒星無法在距離中心黑洞約三分之一光年的範圍內合並,這就提出了第一個難題。

銀河系中心附近也很少有古老和前進演化的恒星,而且恒星數量驚人地頭重腳輕,由比銀河系外部區域更多的高品質恒星組成。這些內部恒星圍繞銀河系中心的速度也出乎意料地快。難題二,三,四。

約翰和他的同事們認為,對所有這些奇怪現象的解釋可能在於暗物質。暗物質是我們宇宙中最難以捉摸的物質之一,是一種看不見的物質,從未被直接探測到,但人們認為它提供了將快速移動的星系聚集在一起所需的額外重力。

結合暗物質對恒星演化模型的影響,約翰和他的同事們預測,在銀河系中心附近可能存在一類新的恒星,它們與所謂的主序星有著「顯著的不同」。

主序星是宇宙中最豐富的恒星型別,位於赫茨普隆-羅素圖的厚帶中,赫茨普隆-羅素圖繪制了恒星的生命軌跡,考慮了它們的起始品質、亮度和溫度。

約翰和同事們的模擬表明,可能需要在這個圖中添加一個新的恒星分支:品質更高的恒星(品質是太陽的五倍或更大),它們從幾乎無窮無盡的儲備中吸積暗物質,並在與主序星相同的亮度下以更低的溫度燃燒。

研究小組寫道:「這些恒星中的暗物質密度不斷補充,使這些恒星不朽,並解決了多個恒星異常現象。」

盡管他們的模擬表明,我們的望遠鏡可以瞄準一群新的恒星來尋找暗物質在起作用的跡象,但銀河系中心的絕對亮度將使它們很難被觀測到。

「到目前為止,[銀河系]內秒差距中已知的恒星數量有限,需要更多的恒星才能有力地探測到暗物質的任何影響,」該團隊指出。

今年早些時候發表的另一項研究也提出了另一種解釋,解釋了為什麽銀河系中心附近的恒星看起來如此年輕,表明它們不是透過暗物質,而是透過從它們的鄰居那裏吸收氫來恢復活力的。

這項研究於5月份釋出在arXiv預印本伺服器上。

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