暗物质——星系形成的幕后推手
如果暗物质是模糊的，那么它们就会影响第一批恒星的形成。（图源：盖蒂图片社）
一个暗物质的模型表明，第一批恒星可能不是各自独立形成的，而是犹如镶嵌在巨大煎饼状薄片上的小口袋。一个研究小组认为，这个过程最终会导致真正巨大恒星的形成，而这些恒星也许终有一天会被詹姆斯·韦伯太空望远镜发现。
天文学家有大量证据表明，宇宙中绝大多数物质都是暗物质，它们不与光或正常物质相互作用。例如，恒星围绕星系中心快速旋转，给予我们看见的所有物质引力。同样，当我们观察星系团内星系的运动时，类似的事情也会发生。如果只考虑所有可见物体提供的微弱引力，那么宇宙网，即宇宙中星系的大型结构排列，出现和发展得就有点太快了。
因此，宇宙中很大一部分物质是看不见的，且我们还不知道这些不可见的部分到底是由什么组成的。一种流行的说法是冷暗物质，这意味着暗物质是由某种运动速度比光速慢得多的奇异粒子组成的。尽管这个模型非常成功——几乎可以解释所有星系和天体的奇怪行为——但它仍有一些缺点。
首先，冷暗物质模型只能适用于比星系小的尺度。例如，该模型预测的星系中心的物质和小型卫星星系都比我们观察到的要多得多。
解决这个问题的一个想法是让冷暗物质变得“模糊”起来。如果暗物质是由一种非常微小的粒子构成的——比如说比电子小10^22倍——那么它就足够轻，以至于它的量子力学波状性质在大尺度上也会出现。届时，粒子不再以点状的形式存在，而是模糊的，并将分散在直径有1000光年大的区域。
一个新思路
通过使暗物质变得模糊，粒子的波动性质有效地修正了暗物质带来的数据偏差，解决了目前由冷暗物质导致的许多问题。换句话说，这个模型阻止了暗物质形成直径小于1000光年的结构。
当然，这个模型的设计初衷是为了解释现有的观察结果，但为了科学的严谨性，我们必须找到一些新的方法来检验。一篇提交给《天体物理学杂志快报》的论文给出了新思路。
在论文中，天文学家建立了早期宇宙和第一批恒星出现的计算机模拟。他们让暗物质变得“模糊”，并观察它们是如何改变正常物质的演化和恒星诞生的。
恒星和星系的形成需要暗物质。宇宙在不断地膨胀，将一大团气体聚拢需要很大的引力，这样才能获得足够高的密度来触发聚变和恒星的诞生。显然，宇宙中没有足够的正常物质来实现这一目标。而早期宇宙中的暗物质团充当了引力孵化器，这才吸引了足够多的正常物质来形成恒星和星系。
所以如果改变暗物质的属性，让它变得模糊，就改变了恒星和星系的演化方式。
面糊里的团块
研究人员发现，当暗物质变得模糊时，它会改变恒星形成的方式。在常规的冷暗物质中，恒星各自分散，熠熠生辉；而对模糊的暗物质而言，首先形成的是类似煎饼的巨大二维薄片。
然后薄片迅速分裂成几瓣，最终发展成恒星。随后，恒星充斥整个宇宙，就像在正常的冷暗物质场景中一样。但研究人员还是观察到了一个关键的差异。
由于二维薄片的巨大质量，它们坍缩的速度非常快，第一代恒星比冷暗物质理论预测的要大得多。模糊暗物质模型中的第一批恒星可以达到太阳质量的一百万倍，而冷暗物质最多只能产生比太阳大几百倍的恒星。
由于它们的体积巨大，这些恒星的寿命都不会太长。转眼间，第一代恒星就在超新星爆炸的猛烈风暴中消失。随着薄片们的消散，正常的恒星形成将开始，宇宙将开始看起来更像我们所见的宇宙。
尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜无法直接观测到宇宙中出现的第一批恒星，但它能够对首批星系中的一些星系进行成像，这些星系可能包含一些原始一代恒星的残留物。研究人员预测，如果韦伯望远镜根本没有看到第一代恒星，也许能为团队的设想提供证据，因为在他们的模型中，所有第一代恒星都会很快走向灭亡。
还有一种可能是，韦伯望远镜或许能探测到强烈超新星爆发所产生的辐射残留物。
然而，当涉及到暗物质时，我们仍一筹莫展。
BY:Paul Sutter
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.space.com/fuzzy-dark-matter-oldest-star-formation
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