针对26000颗死亡恒星的研究为暗物质之谜提供线索

两颗质量相同但温度不同的白矮星的概念图。 温度较高的恒星（左）略显膨大，而温度较低的恒星（右）则更为紧凑。 图片来源：Roberto Molar Candanosa/约翰-霍普金斯大学

研究人员证实了白矮星--垂死恒星的超高密度残余物--中一种预测已久但难以捉摸的现象。 这项研究分析了 26000 多颗白矮星，发现较热的恒星比较冷的恒星稍大，或者说"更蓬松"，即使它们的质量相同。

约翰-霍普金斯大学的一个研究小组于12月18日在《天体物理学报》上发表了这些发现，使科学家们更接近于把白矮星作为天然实验室。 这些恒星提供了研究极端引力效应的独特机会，并有可能发现奇异暗物质粒子的证据。

"白矮星是特征最明显的恒星之一，我们可以用它来测试这些普通物理学的基础理论，希望我们能找到一些古怪的东西，指向新的基础物理学，"领导这项工作的约翰-霍普金斯大学天体物理学家尼科尔-克伦普勒解释说。"如果想寻找暗物质、量子引力或其他奇异的东西，你最好了解普通物理学。 否则，看似新奇的东西可能只是我们已经知道的一种效应的新表现形式。"

白矮星是恒星的核心，它们曾经像我们的太阳一样，但现在已经耗尽了曾经用作核燃料的所有氢。 这些被剥离的恒星密度非常大，一茶匙的物质就重达一吨，比普通物质重得多。 由于质量如此密集，它们的引力可能是地球引力的数百倍。

这项研究依赖于对这些极端条件如何影响白矮星发出的光波的测量。 从这种大质量天体射出的光线在摆脱引力的过程中会失去能量，逐渐变红。 这种"红移"效应像橡胶一样拉伸光波，望远镜可以测量到。 正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样，它是由极端引力引起的时空扭曲造成的。

通过对白矮星相对于地球的运动进行平均测量，并根据白矮星的引力和大小对它们进行分组，研究小组分离出了引力红移，以测量较高的温度如何影响白矮星气态外层的体积。

这项研究延续了约翰霍普金斯大学同一研究小组的努力。 他们的2020年对3000颗白矮星的调查证实，由于"电子变性压力"，这些恒星会随着质量的增加而缩小，这是一种量子力学过程，能使它们的致密内核在数十亿年的时间里保持稳定，而不需要核聚变，核聚变通常支撑着太阳和其他类型的恒星。 克鲁姆普勒说，直到现在，研究小组还没有足够的数据来确信更高的温度对这种质量-大小关系的微妙但重要的影响。

这项研究结合了利用智利和新墨西哥州望远镜进行的斯隆数字巡天和欧洲航天局的盖亚任务的观测结果。 这两个项目都在持续绘制和跟踪数百万颗恒星、星系和其他宇宙天体。

指导这项研究的约翰-霍普金斯大学天体物理学教授纳迪娅-扎卡姆斯卡（Nadia Zakamska）说："下一个前沿领域可能是探测不同质量白矮星内核化学成分的极其微妙差异。我们并不完全了解一颗恒星形成白矮星的最大质量，而不是中子星或黑洞。 这些越来越高精度的测量结果可以帮助我们测试和完善有关大质量恒星演化过程中的这一过程和其他不甚明了的过程的理论。"

克拉姆普勒说，这些观测结果还有助于发现暗物质的迹象，如轴子或其他假想粒子。 通过提供更详细的白矮星结构图，研究小组可以利用这些数据发现暗物质特定模型的信号，从而在银河系中形成干涉模式。 克拉姆普勒说，如果两颗白矮星位于同一个暗物质干涉斑块内，那么暗物质就会以同样的方式改变这些恒星的结构。

尽管暗物质具有引力，但它不会发出望远镜可以看到的光或能量。 科学家们知道它构成了太空中的大部分物质，因为它的引力会影响恒星、星系和其他宇宙物体，其影响方式与太阳影响我们地球轨道的方式类似。

克鲁姆普勒说："我们绞尽脑汁想弄明白暗物质是什么，但我想说，我们什么都不知道。我们知道暗物质不是什么，也知道它能做什么和不能做什么，但我们仍然不知道它是什么。 这就是为什么了解白矮星等更简单的天体物理天体如此重要，因为它们给我们带来了发现暗物质可能是什么的希望。"

编译自/ScitechDaily