宇宙中的超大質量黑洞是怎麼來的?這是一個謎。有一種理論認為,這些黑洞可能與早期宇宙中的一種巨星有關。這種巨星比我們今天所能見到的最大恒星還要大得多。然而根據現代恆星演化理論,這樣的巨星是不可能存在的。因此天文學家提出了一個假說,認為在宇宙的早期,存在一種“暗物質星”,它們不但是宇宙中的第一代恆星,還是超大質量黑洞的“種子”。
普通恆星的能量來自核聚變。組成恆星的物質在引力的作用下聚集在一起,如果沒有核聚變產生能量,以向外壓力的形式,抵禦引力的收縮,恆星就無法長期穩定地存在。現代宇宙中的恆星,都處於這樣一種動態的平衡中。但是在宇宙的早期,情況很不一樣。
早期宇宙的密度比今天大,宇宙中的暗物質也比今天更集中。根據假說,暗物質會參與到首批恆星的形成中來。
“暗物質星”的主要成分和今天的恆星並沒有多大區別,基本上都是氫和氦;但是不同的是,它們含有少量然而又足夠多的暗物質粒子。
這一假說是基於當前最流行的暗物質理論建立起來的。當前的大部分科學家認為,暗物質是由一種“弱相互作用大質量粒子(WIMPs)”組成的。奇特的是,這種粒子同時是它們自身的反物質粒子,它們互相之間能夠發生湮滅,釋放出能量。因此“暗物質星”無需核聚變,就能夠抵禦引力的收縮。
據信,暗物質粒子只佔“暗物質星”總質量的0.1%。雖然比例很小,但這麼一點就足夠了,它們能夠維持“暗物質星”幾百萬甚至幾十億年的存在。
理論上,“暗物質星”可以長得很大。它們不但原理上和現代恆星不同,外觀也大相徑廷。由於“暗物質星”無需核聚變,因此它們的密度不如現代恆星那樣高。它們看起來更像發著強光的鬆散雲團。理論上,它們的直徑可達10個天文單位,質量可達太陽的1000萬倍,亮度可達太陽的100億倍。而且只要內部存在暗物質,它們就能一直發光。
由於這些巨星的發光依賴暗物質的湮滅,因此它們是否存在的關鍵,就在於這樣的暗物質粒子究竟是否存在。由於它們形成於暗物質比例接近四分之一的宇宙極早期,因此只要我們看得足夠遠,只要它們存在,我們就一定能夠發現它們。
“暗物質星”的溫度相對較低,大約在9700攝氏度左右。它們發出的光和太陽發出的光比較像,但是它們要比太陽亮得多。因此較低的溫度和極高的亮度,成了它們與眾不同的特點。根據這些特點,我們應該可以把它們識別出來。
假如未來這樣的巨星能夠被發現,那麼我們對宇宙早期階段的認識將會被改變。“暗物質星”是宇宙間真正的第一代恆星,它們形成的時間,大約是宇宙大爆炸後大約2億年。
“暗物質星”也是宇宙中超大質量黑洞的“種子”。由於質量極高,暗物質湮滅停止後,它們就會塌縮成一個個巨大的黑洞,並在彼此合併的過程中越長越大,最終變成今天宇宙中的那些超級巨獸。
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