天文學(xué)家利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，可能首次發(fā)現(xiàn)了宇宙中被稱為"暗星"的特殊天體。在大爆炸后最初幾億年內(nèi)，宇宙最早的恒星從原始的氫和氦氣云中誕生。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)的最新觀測表明，這些原始天體中的某些可能與天文學(xué)家數(shù)千年來觀測和分類的常規(guī)核聚變恒星截然不同。

由科爾蓋特大學(xué)的科茲明·伊利主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合該校2026屆學(xué)生沙法特·馬哈茂德、賓夕法尼亞大學(xué)的2023屆校友吉利安·保林，以及德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的凱瑟琳·弗里斯，最近報(bào)告了四個(gè)極其遙遠(yuǎn)的天體。這些天體的觀測光譜和形態(tài)特征都與超大質(zhì)量暗星相符。

"超大質(zhì)量暗星是極其明亮、巨大但蓬松的氣體云，主要由氫和氦組成，它們依靠內(nèi)部微量的自毀暗物質(zhì)來抵抗引力坍塌，"伊利表示。

研究人員認(rèn)為，超大質(zhì)量暗星及其留下的黑洞有助于解決天文學(xué)中兩個(gè)活躍的問題：一是為什么JWST發(fā)現(xiàn)了比預(yù)期更多的極其明亮且緊密的遙遠(yuǎn)星系；二是驅(qū)動最遙遠(yuǎn)類星體的超大質(zhì)量黑洞最初是如何形成的。

弗里斯與道格·斯波利亞爾和保羅·貢多洛最初發(fā)展了暗星理論。他們于2008年在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表了關(guān)于這一理論的首篇同行評議論文。在2010年的一項(xiàng)研究中，弗里斯、伊利、斯波利亞爾等合作者確定了暗星可能發(fā)展為超大質(zhì)量的兩種機(jī)制，并預(yù)測這些暗星可能是宇宙中許多最遙遠(yuǎn)類星體中超大質(zhì)量黑洞的種子。

盡管暗物質(zhì)約占宇宙的25%，但其本質(zhì)一直困擾著科學(xué)家。目前普遍認(rèn)為暗物質(zhì)由一種新型基本粒子組成，但尚未被觀測或探測到。在尋找暗物質(zhì)粒子的數(shù)十年努力中，尚未發(fā)現(xiàn)確鑿證據(jù)。其中一個(gè)主要候選者是弱相互作用大質(zhì)量粒子。理論上，當(dāng)這些粒子相撞時(shí)會自毀，將熱量注入坍塌的氫氣云中，將其轉(zhuǎn)化為明亮閃耀的暗星。

在2023年《美國國家科學(xué)院院刊》發(fā)表的研究中，伊利、保林和弗里斯利用JWST相機(jī)的測光數(shù)據(jù)，首次識別出三個(gè)超大質(zhì)量暗星候選者。此后，JWST的近紅外光譜儀提供了這些及其他幾個(gè)極其遙遠(yuǎn)天體的光譜數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在包括沙法特·馬哈茂德在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)，分析了四個(gè)迄今觀測到的最遙遠(yuǎn)天體的光譜和形態(tài)特征。這四個(gè)天體分別是JADES-GS-z14-0、JADES-GS-z14-1、JADES-GS-13-0和JADES-GS-z11-0，每個(gè)都符合超大質(zhì)量暗星的解釋。

其中JADES-GS-z14-1呈點(diǎn)狀光源，與極其遙遠(yuǎn)的超大質(zhì)量恒星特征一致。其他三個(gè)極其緊密，可以用超大質(zhì)量暗星驅(qū)動星云（即恒星周圍的電離氫和氦氣體）來建模。分析的四個(gè)天體也都符合文獻(xiàn)中的星系解釋。暗星具有特征性標(biāo)識——1640埃的吸收特征，這是由于其大氣中大量的單電離氦造成的。事實(shí)上，四個(gè)天體中的一個(gè)確實(shí)顯示了這一特征的跡象。

"這項(xiàng)研究最激動人心的時(shí)刻之一是我們在JADES-GS-z14-0的光譜中發(fā)現(xiàn)了1640埃的吸收凹陷。雖然這一特征的信噪比相對較低（約為2），但這是我們首次發(fā)現(xiàn)暗星的潛在特征性標(biāo)識，這本身就很了不起，"伊利說。

使用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)的天文學(xué)家測量了同一天體的光譜，通過星云發(fā)射線揭示了氧的存在。研究人員表示，如果兩個(gè)光譜特征都得到證實(shí)，這個(gè)天體就不能是孤立的暗星，而可能是嵌入富金屬環(huán)境中的暗星。這可能是合并的結(jié)果，即承載暗星的暗物質(zhì)暈與星系合并?；蛘?，正如研究人員現(xiàn)在意識到的那樣，暗星和常規(guī)恒星可能在同一宿主暈中形成。

超大質(zhì)量暗星的識別將開辟基于這些天體觀測特性了解暗物質(zhì)粒子的可能性，并將建立天文學(xué)的新領(lǐng)域：暗物質(zhì)驅(qū)動恒星的研究。這項(xiàng)發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的研究是朝著這一方向邁出的關(guān)鍵一步。

該研究得到了科爾蓋特大學(xué)研究委員會、皮克跨學(xué)科科學(xué)研究所、美國能源部高能物理項(xiàng)目辦公室、瑞典研究委員會、LSST發(fā)現(xiàn)聯(lián)盟、布林森基金會、伍德尼克斯特基金會和科學(xué)進(jìn)步研究公司基金會的慷慨資助。

研究論文題為"光譜超大質(zhì)量暗星候選者"，由科茲明·伊利、賽義德·沙法特·馬哈茂德、吉利安·保林和凱瑟琳·弗里斯撰寫，于2025年9月30日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

編譯自/ScitechDaily