宇宙的第一批恒星可能是由暗物质驱动，而非核聚变
UHZ1，一个创纪录的星系，距离132亿光年，曾在宇宙年龄仅为现今3%时被观测。鉴于其质量和BH生长时间极短，UHZ1藏有一个超大质量黑洞，甚至连普通恒星都不可能播种，这令人费解。因此，UHZ1被认为是超大质量恒星的证据，这些恒星在坍缩时会产生为类星体中心提供动力的超大质量黑洞。在这项研究中，作者展示了UHZ1可能孕育由暗恒星坍缩而播种的超大质量黑洞。作者指出的机制不仅限于UHZ1——它为解释大质量黑洞星系提供了一条通路，UHZ1就是一个显著的例子。图片来源：uux.cn/X-ray：NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán;红外线：NASA/ESA/CSA/STScI;图像处理：NASA/CXC/SAO/L. Frattare 和 K. Arcand
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：在宇宙深邃而寂静的婴儿期，就在大爆炸几亿年后，宇宙是一片黑暗而冰冷的浩瀚。这个时代被称为宇宙黎明，是一场变革的舞台，为我们今天所见的一切定下了方向。在暗物质微晕的中心，这些巨大的无形物质储藏中，结构的初声开始苏醒。分子氢和氦云在虚空中漂浮，最终冷却到屈服于无情引力的拉力。当这些云层坍缩时，它们不仅仅是点燃了我们对现代太阳的核火反应。相反，他们触及了一个神秘的能量源，几十年来一直困扰天文学家：暗物质湮灭。
由暗影驱动的巨人
这些原始泰坦被称为暗星，与现代天空中的任何天体都不同。虽然它们主要由氢等普通物质组成，但它们依靠暗物质粒子在恒星核心碰撞并相互毁灭时释放的能量为燃料。这台独特的引擎使他们能够成长到惊人的规模，远远超过我们本地社区中形成的恒星质量。根据由宾夕法尼亚大学、太空望远镜科学研究所和德克萨斯大学奥斯汀分校科斯敏·伊利领导的一项最新研究，这些超大质量天体不仅仅是理论上的奇观。它们可能是解释詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）一系列令人费解发现的“缺失环节”。
多年来，标准的星系形成模型都表明宇宙结构是缓慢而有条不紊地积累的。然而，当JWST将它强大的金眼投向最遥远的太空时，它发现了一个超越所有模拟的现实。望远镜拍摄到了按照旧规则不该存在的天体图像：过于明亮的星系、过重的黑洞，以及不属于任何已知类别的奇异针尖光点。该团队的研究发表在《宇宙》杂志上，表明暗星理论的“特征”正是解决这三个紧迫宇宙难题所需的正好答案。
深蓝怪兽
第一个谜题涉及天文学家昵称为蓝色怪兽的一类天体。这些星系极其遥远，看起来极其明亮，却保持极致的结构，几乎没有尘埃。在JWST之前的时代，没有理论模型预测如此集中的光度爆发会在如此早期存在。它们是早期宇宙的超凡成就者，将整个星系的亮度压缩到微小而高效的空间中。
研究人员提出，暗恒星是这种强烈光辉背后的秘密。由于这些恒星可以变得超大质量，它们为这些紧凑区域观测到的极端亮度提供了自然的解释。与其同时形成数十亿颗小型常规恒星——在早期宇宙中这一过程难以合理化——几颗由暗物质驱动的巨星就能提供必要的光。这些蓝色怪兽本质上是宇宙在创造光方面远比任何人想象的更有能量和效率的时代留下的足迹。
小红点之谜
仿佛蓝色怪兽还不够奇怪，JWST还揭示了一类新物体，在太空的黑暗中看起来像微小的猩红色污渍：小红点（LRD）。这些源头和蓝色怪兽一样紧凑且无尘埃，但却带来了独特的矛盾。在宇宙的标准观中，这些红色天体通常被认为是被尘埃笼罩或由活跃黑洞驱动的星系。然而，这些小红点发出的X射线辐射出乎意料地少甚至没有，而X射线通常是饥饿且不断增长的黑洞的“铁证”。
缺乏X射线特征让科学家们感到困惑，但暗星理论则无缝衔接。由于暗恒星的动力来自湮灭，而非物质混沌吸积进入黑洞，它们可以在红外和可见光中发出明亮光芒（由于距离和红移而呈现红色），而不会产生黑洞那样的高能X射线。它们是平静、巨大的光芒灯塔，模仿星系或类星体的外观，但没有剧烈的X射线输出，有效地填补了这些神秘红点的“身份空白”。
大深渊的种子
第三个谜题涉及宇宙中最可怕居民的巨大规模：超大质量黑洞（SMBH）。对遥远类星体的观测显示，即使在宇宙早期，黑洞的质量已经增长到太阳质量的数百万甚至数十亿倍。这对天文学家来说是时间上的噩梦;对于一颗“正常”恒星来说，根本没有足够的时间去生存、死亡，然后通过吞噬气体成长成如此庞然大物。
研究认为，暗色恒星是这些巨星的天然种子。因为暗恒星本身可以成长为超大质量，它不需要等待数十亿年来积累质量。当暗物质燃料最终耗尽时，整个巨大结构将直接坍缩成黑洞。这给宇宙带来了“领先优势”，使超大质量黑洞星系进入了快速增长轨道。这一机制优雅地解释了为什么我们在一个据说还处于“幼儿期”的宇宙中看到如此成熟且沉重的黑洞。
光中的指纹
虽然恒星由无形物质驱动的说法听起来像科幻小说，但研究人员正在数据中找到切实可行的证据。他们对JWST识别的特定目标进行了复杂的光谱分析，如JADES-GS-13-0和JADES-GS-14-0。通过分解这些光源的光，他们寻找“确凿证据”——只有暗恒星才会留下的特定特征。
他们发现了这些遥远源光谱中氦气吸收特征的证据。这些特定的光吸收模式与预测的超大质量暗恒星的大气和温度是一致的。这一发现建立在2023年和2025年之前研究的基础上，这些研究识别了光度和光谱候选，使理论从数学可能性走向了可观测的现实。JWST的每一条新数据似乎都强化了这样一个观点：第一批恒星并非我们预期的微小闪烁的烛光，而是巨大的暗物质燃料炉。
为什么宇宙黎明如此重要
理解这些古物不仅仅是解开天文谜题;这是一场理解我们现实基本构件的探索。暗物质构成了宇宙中绝大多数物质，但它仍然是现代科学中最大的谜团之一。它不发光，我们也无法触碰它。然而，如果暗恒星确实存在，它们就像宇宙实验室，揭示这种无形物质的秘密。
通过研究这些恒星的形成和发光方式，科学家可以确定暗物质粒子的物理性质。这项天体研究补充了地球高科技实验室的工作，研究人员利用大型探测器试图捕捉单个暗物质粒子的直接探测。当地球实验寻找当下暗物质时，JWST则回顾时间，探究暗物质如何塑造宇宙中的第一道光。如果这些理论继续成立，这颗暗星将被铭记为让宇宙从大爆炸的完全黑暗走向我们今天惊叹的满天星空的桥梁。
研究详情
Cosmin Ilie等人，《超大质量暗星及其残余，作为解决三个近期宇宙黎明谜题的可能方法》，《宇宙》（2025年）。DOI：10.3390/universe12010001
