詹姆斯韦伯望远镜揭示首批暗星候选体

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）近期可能发现了宇宙中首批“暗星”的踪迹，这一突破性研究于9月30日发表在《美国国家科学院院刊》上。这些“暗星”是理论上的宇宙天体，它们并非由核聚变提供能量，而是通过暗物质湮灭产生光芒。这项由科尔盖特大学和德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员主导的发现，共识别出四颗潜在的“暗星”候选体，有望彻底改变人类对早期宇宙的理解，并帮助解决关于星系快速形成等长期存在的宇宙奥秘。

最遥远天体中的“确凿证据”

在所有候选体中，最引人注目的当属JADES-GS-z14-0，它是詹姆斯·韦伯望远镜迄今观测到的第二遥远天体，距离地球超过130亿光年。这个古老天体展现出一种独特的光谱特征——在1640埃（angstroms）处存在的氦吸收线。研究人员将这一特征描述为“暗星”存在的潜在“确凿证据”。

科尔盖特大学的首席作者科斯明·伊利（Cosmin Ilie）表示，在研究过程中，当发现JADES-GS-z14-0光谱中的1640埃吸收凹陷时，那是最为激动人心的时刻之一。尽管该特征的信噪比较低，但这却是首次探测到“暗星”的潜在确凿信号。

研究团队通过分析詹姆斯·韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）数据，识别出四颗暗星候选体，它们分别是JADES-GS-z14-0、JADES-GS-z14-1、JADES-GS-z13-0和JADES-GS-z11-0。与依靠核聚变发光的普通恒星不同，这些理论天体通过氢气和氦气云中暗物质粒子的湮灭来产生其巨大的亮度。

理论与观测的交汇

“暗星”的概念最早由德克萨斯大学奥斯汀分校的凯瑟琳·弗里斯（Katherine Freese）及其同事于2007年提出。他们假设，弱相互作用大质量粒子（WIMPs）能够在早期宇宙中加热坍缩的气体云，从而形成这类特殊天体。弗里斯解释道，最初将它们命名为“暗星”其实有些名不副实，因为它们并非完全由暗物质组成，也并非不发光。

理论预测，这些天体的质量可达太阳的百万倍，亮度更是普通恒星的数十亿倍。这项发现有助于解释两大天文学难题：一是韦伯望远镜为何在早期宇宙中观测到异常明亮的星系，二是超大质量黑洞在大爆炸后如何如此迅速地形成。

争议与复杂证据

这项研究成果正面临科学界的审视，尤其是在这些天体究竟是真正的“暗星”还是超大质量原初星——另一种理论上存在的早期宇宙天体——的问题上。朴茨茅斯大学的丹尼尔·惠伦（Daniel Whalen）指出，该研究可能忽视了有关大质量原初星形成的研究，而这些星体也可能产生类似的光谱特征。

此外，对JADES-GS-z14-0的独立观测进一步增加了其解释的复杂性。阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）在2025年3月探测到该天体存在氧元素。这一发现表明该天体处于富含金属的环境中，这与“孤立暗星”的理论不符。研究人员承认，如果这两种光谱特征都能在后续观测中得到证实，将意味着一颗“暗星”嵌入在一个富金属环境中，这将需要对现有理论进行重大修正。

氧元素的探测结果显示，JADES-GS-z14-0所含的重元素量大约是预期中早期星系的10倍，这促使天文学家重新思考幼年宇宙中星系成熟的速度。随着研究的深入，詹姆斯·韦伯望远镜的后续观测将至关重要，以确认这些候选体是否代表了一类全新的恒星天体，或者挑战现有关于早期宇宙演化的理论。