新研究暗示暗物質可能在悄悄為我們星系中心的一個隱藏種群提供能量。

在我們星系中心附近的寂靜深處，一群“失敗的恒星”身上可能正在發生不尋常的事情。這些被稱為褐矮星的天體，太小不足以像真正的恒星那樣發光，又太大而不能被稱為行星。

隨著時間的推移，它們本應冷卻下來，逐漸隱入黑暗。然而，根據一項新研究，其中一些褐矮星可能正在從周圍環境中吸收暗物質，從而引發一種奇特的轉變。

該研究的作者提出，一些褐矮星在合適的條件下，可能會聚集足夠的暗物質，從而開始發出微弱的光芒 —— 這并非源于核聚變，而是因為暗物質粒子在它們內部相互湮滅。

如果這是真的，這些原本暗淡、被忽視的天體 —— 研究作者稱之為“暗矮星”（dark dwarfs） —— 就可能成為探尋暗物質的強大工具。

研究的合著者之一、夏威夷大學教授杰里米·薩克斯坦（Jeremy Sakstein）表示：“暗物質通過引力相互作用，因此它可能被恒星捕獲并在其內部積聚。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?！?/p>

暗物質供能恒星的跡象

暗矮星的概念源于一個簡單而有力的疑問：如果褐矮星身處富含暗物質的環境中，會發生什么？這個問題之所以重要，還因為褐矮星本身就處于恒星和行星之間的灰色地帶。

研究團隊試圖找到這個問題的答案。他們專注于一種特定的暗物質候選者 —— WIMPs（弱相互作用大質量粒子）。這些假想中的粒子被認為質量很大，并且幾乎能不受到干擾地穿過普通物質。

然而，在合適的條件下，它們可能會相互碰撞并通過湮滅釋放能量。在我們星系中心等區域（據信那里暗物質密集分布），褐矮星隨著時間的推移可能會吸入足夠的WIMPs，從而引發這一過程。

一旦天體內部積聚了足夠的暗物質，這些粒子就可能開始湮滅并產生能量。薩克斯坦補充道：“恒星內部的暗物質越多，通過湮滅產生的能量就越多?！?/p>

這種能量不足以像恒星那樣點亮矮星，但足以阻止它冷卻，將其變成一個長壽、發出微光的物體 —— 即暗矮星。引人注目的是，釋放的能量多少并不取決于暗物質的構成成分，而是取決于其周圍的暗物質密度以及暗物質的運動速度。

這使得銀河系中心（銀河系的中心區域）成為形成暗矮星的主要區域，因為據目前估計，那里的暗物質密度達到峰值，超過每立方厘米1000吉電子伏特（GeV）。研究作者指出：“我們預測在靠近銀河系中心的地方存在一個暗矮星種群，那里的暗物質密度預計為 ρDM ? 103 GeV/cm3?！?/p>

研究團隊還將鋰-7確定為一種特定的特征標志，可以幫助天文學家區分暗矮星和普通褐矮星。在典型的褐矮星中，這種形態的鋰在其演化的早期階段就被摧毀了。然而，暗矮星由于其核心溫度較低，會保留其鋰-7。

因此，如果科學家發現一個天體質量過大，在正常情況下本應無法保留鋰，卻仍然含有鋰-7，這可能是暗物質在維持其“生命”的有力證據。研究作者指出：“在質量超過鋰燃燒極限的天體中發現鋰-7，將為暗物質加熱的存在提供證據?！?/p>

我們真能找到暗矮星嗎？

如果暗矮星被發現，它們可能為研究暗物質開辟一條新途徑 —— 一條不依賴地下探測器或高能實驗的途徑。僅僅觀測星系中這些安靜的天體，就能告訴我們暗物質是否能與自身相互作用并產生可見效應。

它還將幫助科學家縮小暗物質可能是什么的范圍。例如，像軸子（axions）這樣的輕量級候選粒子不會產生這種加熱效應，因此發現一個暗矮星將暗示暗物質是由WIMPs這樣更重、能自我湮滅的粒子構成的。

然而，尋找暗矮星并非易事。它們溫度低、亮度暗、距離遙遠。即使是像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）這樣先進的儀器，也可能難以觀測到它們。不過，這時鋰元素就能發揮作用了。

研究人員認為，天文學家可以尋找富含鋰的亞恒星天體（sub-stellar objects）的異常種群，或者使用統計方法觀察一群暗弱的恒星是否表現出標準物理學無法解釋的行為。

薩克斯坦說：“我們之所以提出鋰-7，是因為它將是一個非常獨特的效果。你可以尋找這種鋰的存在，因為如果它是一個褐矮星或類似的天體，這種鋰就不會存在?！?/p>

研究作者現在計劃完善他們的模型，并與觀測者合作，特別是在銀河系中心附近搜尋暗矮星。

該研究已發表在《宇宙學與天體粒子物理學雜志》上。

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