《科學》：恒星誕生提出新理論熱暗物質弦點亮早期宇宙

科學家最近提出了一個新的宇宙模型和恒星誕生理論，即宇宙早期的恒星是沿著分布廣闊的熱暗物質絲（弦）形成的。該理論挑戰了宇宙學家目前較為流行的認識，有望揭開早期宇宙的一個最大謎團。相關論文以封面文章的形式發表在9月14日的《科學》雜志上。
 
在大爆炸之后的數百萬年里，宇宙是一片黑暗，存在的只有極熱但極為分散的氫氣和氦氣。最終，這兩種氣體結合形成了恒星，恒星又形成星系，直至成為今天的宇宙。不過，這一切是如何發生的一直都是宇宙學家關心的焦點。之前，科學家已經在暗物質身上找到了答案，他們提出了“冷暗物質模型”（CDM），即不可見的冰冷（即沒有輻射）暗物質會形成相對較小的塊狀結構，它們巨大的引力足以吸引并壓縮周圍的氫氣和氦氣，形成早期恒星。
 
不過，在最新的研究中，英國達拉莫大學（University of Durham）的理論學家Liang Gao和Tom Theuns提出了不同的認識，他們認為暗物質并非絕對“冰冷”。在此基礎上，研究人員利用超級計算機模擬研究了具有微弱熱輻射能力的暗物質。結果發現，這些熱暗物質粒子運動很快，它們并不會結成塊。在引力的作用下，這些粒子會在最短的軸上以最快的速度壓縮，從而延伸成為長達幾千光年的細絲狀形態，質量可以達到太陽的幾百萬倍。在熱暗物質延伸的過程中，它會吸引并點燃大量的原始氫氦氣團，導致恒星誕生，并形成碳、氧、硅等較重的元素，而暗物質絲自身卻在恒星大規模爆發形成的過程中逐漸破碎。
 
此外，新的研究有望揭開一個重大宇宙謎團，即為何幾乎所有的大星系中央都存在著超大質量黑洞。研究人員認為，這些熱暗物質絲可能在早期宇宙中留下了厚重的“種子”，導致后來超大質量黑洞的形成。盡管這些種子的起源目前還不清楚，但Gao和Theuns猜測，它們很可能是由一條線上恒星的坍塌和碰撞創造出來的。
 
美國德克薩斯大學的天文學家Volker Bromm表示，這項研究很有價值，研究早期恒星的形成有助于加深科學家對暗物質本性的理解。不過他同時強調，要證實熱暗物質的觀點將是一個艱難的過程。鑒于宇宙早期恒星具有特殊的化學組成，Bromm認為，研究太陽中的這些特殊化學成份的燃燒殘跡，或許將是一個必然選擇。

宇宙早期恒星可能由聚集在熱暗物質絲周圍的氣團（紅色）形成的（左），而非在暗物質塊的內部（右）（圖片來源：《科學》）
 

相關閱讀（英文）

《科學》論文摘要

Liang Gao個人主頁

Tom Theuns個人主頁