模糊暗物質可能使恒星成為巨大的煎餅

如果暗物質是模糊的，那麼它們就會影響第一批恒星的形成。（圖源：蓋蒂圖片社）

一個暗物質的模型表明，第一批恒星可能不是各自獨立形成的，而是猶如鑲嵌在巨大煎餅狀薄片上的小口袋。一個研究小組認為，這個過程最終會導致真正巨大恒星的形成，而這些恒星也許終有一天會被詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現。

天文學家有大量證據表明，宇宙中絕大多數物質都是暗物質，它們不與光或正常物質相互作用。例如，恒星圍繞星系中心快速旋轉，給予我們看見的所有物質引力。同樣，當我們觀察星系團內星系的運動時，類似的事情也會發生。如果只考慮所有可見物體提供的微弱引力，那麼宇宙網，即宇宙中星系的大型結構排列，出現和發展得就有點太快了。

因此，宇宙中很大一部分物質是看不見的，且我們還不知道這些不可見的部分到底是由什麼組成的。一種流行的說法是冷暗物質，這意味著暗物質是由某種運動速度比光速慢得多的奇異粒子組成的。盡管這個模型非常成功——幾乎可以解釋所有星系和天體的奇怪行為——但它仍有一些缺點。

首先，冷暗物質模型只能適用於比星系小的尺度。例如，該模型預測的星系中心的物質和小型衛星星系都比我們觀察到的要多得多。

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解決這個問題的一個想法是讓冷暗物質變得“模糊”起來。如果暗物質是由一種非常微小的粒子構成的——比如說比電子小10^22倍——那麼它就足夠輕，以至於它的量子力學波狀性質在大尺度上也會出現。屆時，粒子不再以點狀的形式存在，而是模糊的，並將分散在直徑有1000光年大的區域。

一個新思路

通過使暗物質變得模糊，粒子的波動性質有效地修正了暗物質帶來的數據偏差，解決了目前由冷暗物質導致的許多問題。換句話說，這個模型阻止了暗物質形成直徑小於1000光年的結構。

當然，這個模型的設計初衷是為了解釋現有的觀察結果，但為了科學的嚴謹性，我們必須找到一些新的方法來檢驗。一篇提交給《天體物理學雜志快報》的論文給出了新思路。

在論文中，天文學家建立了早期宇宙和第一批恒星出現的計算機模擬。他們讓暗物質變得“模糊”，並觀察它們是如何改變正常物質的演化和恒星誕生的。

恒星和星系的形成需要暗物質。宇宙在不斷地膨脹，將一大團氣體聚攏需要很大的引力，這樣才能獲得足夠高的密度來觸發聚變和恒星的誕生。顯然，宇宙中沒有足夠的正常物質來實現這一目標。而早期宇宙中的暗物質團充當了引力孵化器，這才吸引了足夠多的正常物質來形成恒星和星系。

所以如果改變暗物質的屬性，讓它變得模糊，就改變了恒星和星系的演化方式。

面糊裏的團塊

研究人員發現，當暗物質變得模糊時，它會改變恒星形成的方式。在常規的冷暗物質中，恒星各自分散，熠熠生輝；而對模糊的暗物質而言，首先形成的是類似煎餅的巨大二維薄片。

然後薄片迅速分裂成幾瓣，最終發展成恒星。隨後，恒星充斥整個宇宙，就像在正常的冷暗物質場景中一樣。但研究人員還是觀察到了一個關鍵的差異。

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由於二維薄片的巨大質量，它們坍縮的速度非常快，第一代恒星比冷暗物質理論預測的要大得多。模糊暗物質模型中的第一批恒星可以達到太陽質量的一百萬倍，而冷暗物質最多只能產生比太陽大幾百倍的恒星。

由於它們的體積巨大，這些恒星的壽命都不會太長。轉眼間，第一代恒星就在超新星爆炸的猛烈風暴中消失。隨著薄片們的消散，正常的恒星形成將開始，宇宙將開始看起來更像我們所見的宇宙。

盡管詹姆斯·韋伯太空望遠鏡無法直接觀測到宇宙中出現的第一批恒星，但它能夠對首批星系中的一些星系進行成像，這些星系可能包含一些原始一代恒星的殘留物。研究人員預測，如果韋伯望遠鏡根本沒有看到第一代恒星，也許能為團隊的設想提供證據，因為在他們的模型中，所有第一代恒星都會很快走向滅亡。

還有一種可能是，韋伯望遠鏡或許能探測到強烈超新星爆發所產生的輻射殘留物。

然而，當涉及到暗物質時，我們仍一籌莫展。

BY:Paul Sutter

FY:忙碌的北門

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