科学家发现宇宙第一批恒星可能是暗星

北京时间12月5日消息，据英国《新科学家》杂志12月4日报道，一项最新研究显示，如果推测属实，在暗物质的推动下，宇宙中的第一批恒星可能一直是膨胀而成的庞然大物。这些“暗星”可能推迟了重元素的形成，重元素组成了从行星到人类的万事万物，其中包括宇宙的电离过程，该过程让几十亿年前的光线穿越宇宙空间。

暗星艺术概念图 

理论家认为，第一批恒星在暗物质的发源地形成，大量气态云雾慢慢浓缩，它们的核心达到一定密度后开始产生核子融合。然而，圣克鲁兹加利福尼亚大学的道格拉斯·斯波尔、安阿伯市密歇根大学的凯瑟琳·弗里瑟和盐湖城犹他大学的保罗·冈朵罗表示，以前的研究没有考虑到暗物质的发源地对恒星形成的影响。他们在研究暗物质时，发现它对第一批恒星有着意义深远的影响。
 
目前还不清楚这是一种什么样的影响，因为现在还没有人知道暗物质是什么，天文学家仅发现它对常规物质施加的重力牵引力。但是斯波尔和他的同事表示，如果像很多科学家预料的那样，它是由相互作用微弱的大质量粒子或WIMP粒子组成，它将改变我们对早期宇宙的理解。他们利用一种被称作“中性子”的候选WIMP粒子进行预测，结果发现，作为一种收缩的原始气云，它已经达到了极限密度，在暗物质粒子的束缚下，它们相互结合。它们在接触时相互消灭对方，产生电子和光子，释放出来的能量被堆积在云团中。
 
红外光
 
这个过程加热了云层，导致云雾停止收缩，所以，它跟一般的恒星一样，从暗物质湮灭中获得的支持比从核子融合中获得的更多。这种“暗星”的体积将和太阳一样，并发出红外光波。根据中性子的质量，它的体积可能会更大，它在我们的太阳系中的跨度可能大约是从太阳到天王星的距离的60倍。美国奥斯汀德克萨斯大学的沃尔克·布鲁姆说：“将它称作暗星有些用词不当，它用来抵御重力的内能来源与其他暗星的来源完全不同。它是一颗发出淡红色光的气态球体。”布鲁姆是研究宇宙中的第一批恒星的专家，他不是这个科研组的成员。
 
现在这些恒星是否仍然存在？研究人员回答说，根据中性子的质量，它们很有可能仍然存在。斯波尔告诉《新科学家》杂志说：“它们可能在我们的银河系中飞来飞去。”如果是那样的话，宇宙中的第一代恒星，即所谓的星族III恒星，将比我们以前认为的“更加与众不同。”科研组成员弗里瑟告诉《新科学家》说，除了氢和氦以外，几乎宇宙中的所有元素都在恒星内进行锻造加工，“第一批恒星只是这个过程的第一步。”如果第一批恒星是黑暗的， “这个过程可能被推迟甚至是中止。”
 
原始云团
 
美国加利福尼亚州斯坦福大学的埃格尔·莫卡伦库进行评论说：“我们通过这项研究可能会发现，早期恒星的形成和元素的合成与我们以前认为的有很多不同之处。如果果真如此，我们不得不证明暗物质存在于我们的每一个身体细胞中。”其他星族III恒星是在早期的星系中形成，而不是在孤立的暗物质发源地形成。它们释放的第一批重元素导致宇宙产生。这显示重元素不可能穿越太空，遍及整个宇宙，因为早期星系中的这些恒星主要集中在重元素充足的环境中，而其他环境就相对比较空荡。如果天文学家能在宇宙中发现真正的原始气态云，他们就找到了能证明第一批恒星是暗星的线索。
 
同样，科学家认为第一批恒星有助于宇宙大爆炸发生几百万年后的宇宙电离过程，这让它能被紫外线穿透。这一现象涉及到“电离过程”，因为在宇宙大爆炸后，宇宙立刻变成由带电粒子组成的“一碗滚烫的汤”。37万年或更多年后，它们冷却下来，达到离子与中性原子结合的程度。
 
微观和宏观
 
布鲁姆表示，如果第一批恒星是黑暗的，这暗示出早期的侏儒星系中的恒星导致宇宙中出现二次电离。弗里瑟说：“让我感到兴奋的其他事情是，我们可能将获得新型恒星，并能设法寻找这些事物。”恒星中的暗物质湮灭产生微中子，南极的南极介子及中微子探测列阵和元谷冰钻等探测器可能会发现这些微中子。预计将于2008年发射的美国宇航局的空望远镜(GLAST)飞船将能捕捉到在同一过程产生的伽马射线光子的迹象。布鲁姆表示，这项研究纯属推理，因为当提到暗物质的性能时，有很多自由度无法让人信服。但是他说，该研究有助于填平有关粒子物理学的暗物质研究，和它对天文学物体的影响之间的鸿沟。他告诉《新科学家》杂志说：“这是第一份将微观物理学和宏观物理学紧密结合的论文，它非常有意思。”