潜伏在我们银河系中心的暗矮星可能暗示了暗物质的性质 _银河系

暗矮星的艺术表现。图片来源：Sissa Medialab
据SISSA媒体实验室：被称为暗矮星的天体可能隐藏在我们银河系的中心，并可能为揭示当代宇宙学中最神秘和最基本的现象之一——暗物质的本质提供关键线索。
英国和夏威夷的一个研究小组在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上发表的一篇论文首次描述了这些天体，并提出了如何使用詹姆斯·韦伯太空望远镜等现有观测工具来验证它们的存在。这篇论文的标题是“暗矮星：银河系中心等待发现的暗物质驱动的亚恒星天体”
这项研究背后的英美团队将它们命名为暗矮星。不是因为它们是暗天体，而是因为它们与暗物质的特殊联系，暗物质是当前宇宙学和天体物理学研究中最核心的课题之一。
夏威夷大学物理学教授、该研究的作者之一杰里米·萨克斯坦解释说：“我们认为，宇宙的25%是由一种不发光的物质组成的，这使得我们的眼睛和望远镜无法看到它。我们只能通过它的引力效应来探测它。这就是为什么我们称之为暗物质。” 。
我们今天对暗物质的了解是它的存在及其行为方式，但还不清楚它到底是什么。在过去的50年里，已经提出了几个假设，但还没有一个收集到足够的实验证据。Sakstein及其同事的研究很重要，因为它们提供了打破僵局的具体工具。
最著名的暗物质候选者是弱相互作用大质量粒子（WIMP）——与普通物质相互作用非常弱的非常大的粒子：它们在不被注意的情况下穿过物体，不发光，对电磁力没有反应（所以它们不会反射光，保持不可见），并且只通过它们的引力效应来显示自己。这种类型的暗物质对于暗矮星的存在是必要的。
Sakstein解释说：“暗物质与引力相互作用，因此它可以被恒星捕获并积聚在恒星内部。如果发生这种情况，它也可能与自身相互作用并湮灭，释放出加热恒星的能量。” 。
像我们的太阳一样，普通恒星之所以发光，是因为核聚变过程发生在它们的核心，产生大量的热量和能量。当恒星的质量足够大，引力将物质压缩到中心，其强度足以引发原子核之间的反应时，就会发生聚变。这个过程释放了大量的能量，我们把它看作光。暗矮星也会发光，但不是因为核聚变。
Sakstein解释说：“暗矮星是质量非常低的天体，约占太阳质量的8% 。” 。如此小的质量不足以引发聚变反应。
因此，尽管这些物体在宇宙中很常见，但它们通常只会发出微弱的光（由于它们相对较小的引力收缩产生的能量），科学家们称之为褐矮星。
然而，如果褐矮星位于暗物质特别丰富的区域，比如我们银河系的中心，它们可以转化为其他东西。
Sakstein解释说：“这些物体收集的暗物质有助于它们成为暗矮星。你周围的暗物质越多，你能捕获的就越多。” 。“而且，恒星内部的暗物质越多，其湮灭产生的能量就越多。”
但这一切都依赖于一种特定类型的暗物质。Sakstein说：“为了使暗矮星存在，暗物质必须由WIMP或任何与自身强烈相互作用以产生可见物质的重粒子组成。” 。
其他提出解释暗物质的候选者，如轴子、模糊超轻粒子或无菌中微子，都太轻了，无法在这些物体中产生预期的效果。只有能够相互作用并湮灭成可见能量的大质量粒子才能为暗矮星提供能量。
然而，如果没有一种具体的方法来识别暗矮星，那么整个假设就没有什么价值。因此，Sakstein和他的同事提出了一种独特的标记。这位科学家解释说：“有一些标记，但我们建议使用锂-7，因为这确实是一种独特的效应。” 。
锂-7很容易燃烧，在普通恒星中很快就会被消耗掉。“因此，如果你能找到一个看起来像暗矮星的物体，你可以寻找这种锂的存在，因为如果它是褐矮星或类似的物体，它就不会存在。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜等工具可能已经能够探测到暗矮星等极冷的天体。但是，根据Sakstein的说法，还有另一种可能性。“你可以做的另一件事是观察整个物体群体，并以统计的方式询问，是否有一个子群体的暗矮星更好地描述它。”
如果在未来几年我们能够识别出一颗或多颗暗矮星，那么这条线索对暗物质是由WIMP组成的假设的支持程度有多强？
Sakstein总结道：“相当强。对于亮暗物质候选者，比如轴子，我认为你无法得到类似暗矮星的东西。它们不会在恒星内部积累。如果我们设法找到一颗暗矮星，它将提供令人信服的证据，证明暗物质很重，与自身有强烈的相互作用，但与标准模型的相互作用很弱。这包括WIMP的类别，但也包括一些其他更奇特的模型。” 。
观察暗矮星并不能最终告诉我们暗物质是WIMP，但这意味着它要么是WIMP要么在所有意图和目的上都表现得像WIMP 。