暗物质的秘密隐藏于恒星起源

　　最新计算机模拟表明：宇宙里诞生的第一批恒星中，有些或许仍然在照耀着宇宙的边远天区；找到这些“恒星元老”可能有助于揭示暗物质的某些特性。

　　研究人员一直想搞明白暗物质是“冷”还是“温”。不久前出版的《科学》详细记录了这次恒星形成的模拟情况。该模拟提供的情形表明:科学家只能在或“冷”或“温”中作出选择，“热”暗物质的可能性已被排除。

　　“冷”和“温”两种观点

　　暗物质的热门候选粒子是一种相对较重的粒子，被称为“中性伴随子（neutralino）”。这种不可见粒子由于其质量而运动缓慢，科学家们借用热力学术语，管它叫“冷暗物质（CDM）”。德克萨斯大学的天文学家沃尔克·布罗姆解释说：“‘冷’是一种描述粒子速度的方式，是指比光速慢。”

　　根据冷暗物质的模拟情况，暗物质会以波纹的形式朝整个宇宙扩散，波纹断裂形成近似小球的结构，继而产生井状结构，吸入气体，形成恒星。结果显示，第一批恒星可能是一窝一窝地诞生。

　　另一个观点是：构成暗物质的粒子很轻，可以更快速地通过太空。这些“温暗物质（WDM）”的模拟情况表明，暗物质形成的是灯丝状结构，在该结构上产生的恒星就像串串珍珠。“这些灯丝状结构长约9000光年，大约是银河长度的1/4。”研究小组成员、杜伦大学的高良说。

　　小者长命的恒星

　　根据冷暗物质的模拟情况，原始恒星都是庞然大物，质量相当于太阳的100倍。这些恒星比在其后诞生的恒星照耀得更明亮，燃烧得也更快，在很久以前就燃烧完毕，现在已经不存在。相反，温暗物质的模拟情况显示，第一批恒星的质量平均相当于10个太阳的质量，其中有些可能要小得多。恒星的质量越小，其寿命就越长。

　　尽管冷暗物质模拟中呈现出的大型恒星早已消失，但是温暗物质模拟中预测到的小型恒星可能仍然存在，有可能被未来的太空望远镜发现。布罗姆指出：“一颗恒星要想从宇宙之初一直存在到目前，其质量需要限制在相当于1个太阳的质量或更小。”如果科学家能够发现第一批恒星中某些遗留下来的星体，那么将支持温暗物质模拟的情况。

　　特大质量黑洞的形成

　　温暗物质模拟的情况可能说明了特大质量黑洞的形成。科学家认为，特大质量黑洞即使不存在于所有大型星系的中心，最起码也存在于许多大型星系之中。这些大型黑洞相当于多达10亿个太阳的质量，需要大量的种源才能够成长起来。根据温暗物质的模拟情况，一串恒星发生塌缩，在宇宙尺度上引起碰撞混合，形成一个很大的种源，足以成长为一个特大质量的黑洞。而在冷暗物质模拟中，巨大的恒星本身不会提供足够的物质材料形成特大质量的黑洞，目前的理论也无法充分解释大型黑洞如何形成。

　　布罗姆认为，这次有关恒星形成的最新模拟颇有价值，因为这些模拟表明了宇宙间最小的粒子可以对大尺度结构产生重大影响。然而，为了找到证据，科学家必须追溯到宇宙的最初时期。布罗姆指出：“搞清了宇宙结构最初形成时的几个环节，就可以将宇宙学和粒子物理学有机地结合在一起，这是相当引人瞩目的事情。”

　　胡德良译自太空网原著：KerThan

　　科学家借助“哈勃”太空望远镜，在距离地球50亿光年的遥远星系团中观测到了呈环状分布的暗物质。资料图片