当前关于暗物质的研究已证实其存在及引力作用特性,但粒子本质仍是未解之谜。过去五十年间提出的多重假设均缺乏决定性实验证据,而Sakstein团队的研究为突破这一僵局提供了具体工具。
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)是最著名的暗物质候选者之一——这类粒子质量极大却几乎不与普通物质发生作用:它们穿透物质无痕、不发光且无电磁响应(因此不反射光线保持不可见),仅通过引力效应显现自身。这种暗物质是暗矮星存在的必要条件。"暗物质通过引力相互作用,可被恒星捕获并在内部积聚。若发生自相互作用则会湮灭释放能量加热恒星",Sakstein解释道。
普通恒星(如太阳)发光源自核心核聚变过程产生的热能与辐射。当恒星质量足够大时,引力压缩物质触发原子核反应,释放巨量可见能量。暗矮星虽发光却非源于核聚变:"暗矮星质量极低,约为太阳质量的8%",Sakstein指出。此质量不足以引发聚变反应,这类天体通常仅通过引力收缩产生微弱辐射,被称为褐矮星。
但当褐矮星位于银河系中心等暗物质富集区域时,可能发生质变。"这些天体会聚集暗物质转化为暗矮星,周围暗物质密度越高,捕获量越大",Sakstein解释,"内部暗物质越多,湮灭产生的能量越显著"。
此假说需特定暗物质类型支持:"暗矮星存在的必要条件是暗物质由WIMPs构成,或具备自相互作用的重粒子"。其他候选粒子如轴子、超轻模糊粒子或惰性中微子因质量过轻无法产生此类效应,仅有自相互作用且能湮灭为可见能量的重粒子可为暗矮星供能。
为使假说具备验证价值,Sakstein团队提出锂-7作为关键示踪元素:"锂-7极易燃烧,在普通恒星中快速消耗。若发现疑似暗矮星的天体,检测其锂元素残留可区别于褐矮星"。
詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)已具备观测暗矮星等极冷天体的能力。Sakstein补充另一研究路径:"还可通过统计分析天体群体,判断是否存在暗矮星亚群"。
若未来成功识别暗矮星,将为WIMPs假说提供强有力佐证:"发现暗矮星将证实暗物质具有大质量、强自相互作用和弱标准模型作用特性,这不仅支持WIMPs,也包含某些更奇异模型。虽不能最终确认暗物质即WIMPs,但可证明其具备WIMPs的关键行为特征",Sakstein总结。
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Journal Reference:
Djuna Croon, Jeremy Sakstein, Juri Smirnov, Jack Streeter.Dark dwarfs: dark matter-powered sub-stellar objects awaiting discovery at the galactic center.Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2025; 2025 (07): 019 DOI:10.1088/1475-7516/2025/07/019