暗物质可能使我们银河系最内层的恒星永生

银河系中心附近的恒星行为有些奇怪。暗物质可能是原因。一组科学侦探(可以这么说)发现了一种潜在的新恒星类型，它们可能存在于银河系中心一光年范围内，可能按照一种不寻常的机制运行：暗物质湮灭。这个过程会对恒星产生一种除氢聚变之外的向外压力，使它们免于引力坍缩——并使它们本质上永生，它们的青春不断更新。研究结果发表在arXiv预印本服务器上。

总的来说，由暗物质驱动的恒星将居住在一个长期存在的图表的新区域，该图表根据恒星的温度和光度对其进行分类，使它们远离绝大多数恒星所在的所谓主序列。

观测银河系中心(银河系恒星围绕其旋转)非常困难，因为该区域非常明亮。超大质量黑洞人马座A*位于中心，其质量是太阳的四百万倍。它是一个明亮的无线电波源，于2022年拍摄了照片。人马座A*附近的恒星以每秒数千公里的速度绕其运行(相比之下，太阳的轨道速度为240公里/秒)。

这些靠近星系中心的恒星被称为S星团恒星，它们非常令人费解，其特性与银河系中的其他恒星都不同。它们的起源尚不清楚，因为距离中心约三光年内的环境被认为不利于恒星的形成。如果它们从其他地方向内移动，它们看起来会比预期的要年轻得多。最神秘的是，它们看起来异常年轻，附近的老恒星比预期的要少，而且出乎意料的是，它们似乎有很多重恒星。

恒星是核熔炉，通过核聚变燃烧氢产生热量。该反应产生的热辐射以及恒星等离子体的热力学对流对恒星的成分(主要是氢和氦)施加向外的力。该力与自引力向内的力量相平衡。

赫罗图(HR)通过将恒星的光度与其表面有效温度作图来对恒星进行分类。除白矮星和红巨星外，该图的“主序列”从左上角向右下角弯曲，大多数恒星都落在这条曲线上。(太阳位于中间附近，因为它们的光度被绘制为其与太阳光度的比率)。序列中不同位置的恒星对应不同质量和年龄的恒星。

然而，暗物质也存在于银河系中。观测发现，普通物质不足以解释银河系中心周围恒星的旋转速度高于预期，这可以推断出暗物质的存在。

暗物质的密度在中心附近最高，随着距离中心的增加而减小。有理由认为，暗物质会融入恒星中心附近，因为那里的暗物质密度最高。如果是这样，暗物质湮灭(暗物质粒子和反粒子碰撞并产生光子、电子等)将在恒星内部产生额外的向外压力，甚至可能主导核聚变。

来自斯德哥尔摩和斯坦福大学的一支研究小组发现，将暗物质的力量融入最内层恒星(距离中心约三分之一光年(相当于到太阳最近恒星距离的8%左右))的动力学中，可以解决许多已知的悖论。

为了将暗物质湮灭纳入研究，该团队使用了银河系演化过程中相对标准的恒星形成参数，以及质量略大于质子的暗物质粒子。他们使用恒星演化的计算机模型，假设恒星在主序列上向银河系中心迁移，然后开始将暗物质能量注入恒星的成分中。恒星随后演化，直到它达到赫罗图上的红巨星分支，或者直到它达到100亿年的年龄，即银河系的寿命。

他们计算了有暗物质和无暗物质的恒星群。有暗物质时，质量更大的恒星会经历较低的暗物质密度，其核心中的氢融合速度更慢，其演化速度也会减慢。但暗物质密度较高的恒星发生了显著变化——它们通过暗物质燃烧保持平衡，融合较少或没有融合，这导致在主序列上方的HR区域中形成了新的恒星群。

“我们的模拟表明，恒星仅靠暗物质作为燃料就能生存，”该研究的主要作者、斯德哥尔摩大学的伊莎贝尔·约翰(IsabelleJohn)说道，“而且由于银河系中心附近存在大量暗物质，这些恒星将变得永生”，永远保持年轻，占据着赫罗图上一个新的、独特的、可观测的区域。

他们的暗物质模型或许能够解释更多已知的谜团。“对于较轻的恒星，我们在模拟中看到它们变得非常蓬松，甚至可能失去部分外层，”约翰说。她指出，“在银河系中心可能会观察到类似的东西：所谓的G物体，它们可能像恒星一样，但周围有气体云。”

由于该区域极其明亮，目前已知的靠近银河系中心的恒星数量有限。即将投入使用的30米望远镜将能够更好地观察该区域，这将使科学家能够更好地了解其恒星群，并验证或排除暗主序列。

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