在銀河中心的靜謐深處，一群失敗之星可能正在經歷不尋常的變化。這些被稱為棕矮星的天體，太小而無法像真正的星星那樣發光，卻又過大，無法被稱為行星。
隨著時間的推移，棕矮星應該會冷卻並逐漸暗淡。然而，根據最新研究，有些棕矮星可能正在吸收周圍的暗物質，觸發奇特的變化。
研究作者指出，在適當的條件下，某些棕矮星可能會聚集足夠的暗物質，開始微弱發光，這並非因為核融合，而是因為暗物質粒子在其內部互相湮滅。
如果這一說法成立，這些被忽視的微弱天體，研究者稱之為暗矮星，可能成為探索暗物質的重要工具。
“暗物質以引力方式互動，因此它可能被星星捕獲並在其內部積累。如果發生這種情況，它也可能與自身互動並湮滅，釋放出加熱星星的能量，”夏威夷大學教授 Jeremy Sakstein 這樣表示。
暗物質驅動的星星的跡象
暗矮星的概念源於一個簡單但深刻的問題：如果棕矮星身處暗物質豐富的環境中會發生什麼？這一問題也很重要，因為棕矮星本身就在星星和行星之間的灰色地帶。
研究團隊試圖回答這一問題，並專注於一種特定的暗物質候選者，稱為 WIMPs（弱相互作用大質量粒子）。這些假想粒子被認為是重的，能夠幾乎不受干擾地穿過正常物質。
在適當的條件下，WIMPs 可能會互相碰撞並釋放能量。根據目前的估算，在銀河中心這樣暗物質密集的區域，棕矮星可能會隨著時間的推移吸入足夠的 WIMPs 以使這一過程發生。
一旦暗物質在物體內部積累到一定程度，這些粒子就可能開始湮滅並產生能量。“進入星星內部的暗物質越多，透過湮滅產生的能量就越多，”Sakstein 補充道。
這種能量不足以讓暗矮星像星星那樣發光，但可以阻止其冷卻，將其轉變為一種長壽命、微弱發光的物體。值得注意的是，釋放的能量量並不取決於暗物質的成分，而是取決於圍繞物體的暗物質量以及其運動速度。
這使得銀河中心（銀河系的中心區域）成為形成暗矮星的主要區域，因為那裡的暗物質密度達到峰值，超過每立方厘米 1,000 GeV。研究作者指出：“我們預測在銀河中心附近會有一群暗矮星，暗物質密度預計為 ρDM ≳ 10^3 GeV/cm^3。”
團隊還確定了鋰-7 作為幫助天文學家區分暗矮星和普通棕矮星的特定標誌。在典型的棕矮星中，這種鋰在其演化的早期階段會被摧毀。然而，由於暗矮星的核心較冷，它將保留鋰-7。
因此，如果科學家發現一個在正常條件下過於龐大而無法保留鋰的物體，但仍然擁有鋰，這可能是暗物質保持其存活的強有力證據。“在超過鋰燃燒極限的物體中檢測到鋰-7，將為暗物質加熱的存在提供證據，”研究作者指出。
如果真的發現暗矮星，這將為研究暗物質開辟一條新的途徑，無需依賴地下探測器或高能實驗。僅僅觀察這些安靜的天體，就能告訴科學家暗物質是否能與自身互動並產生可見的影響。
這也將幫助科學家縮小暗物質的可能性。例如，輕質候選者如軸子不會產生這種加熱，因此發現暗矮星將暗示暗物質是由較重的、自我湮滅的粒子如 WIMPs 組成。
然而，找到暗矮星並不容易。它們寒冷、微弱且遙遠。即使是像 James Webb 太空望遠鏡這樣的先進儀器也可能難以觀察到它們。不過，鋰可以提供幫助。
研究人員認為，天文學家可以尋找不尋常的鋰豐富的次星體物體，或使用統計方法查看一組微弱星星是否以標準物理無法解釋的方式行為。
Sakstein 表示：“我們建議鋰-7，因為這將是一種獨特的效應。如果它是一顆棕矮星或類似的物體，鋰就不會存在。”研究作者現在計劃完善他們的模型，並與觀測者合作，尤其是在銀河中心附近尋找暗矮星。
該研究發表在《宇宙學與粒子物理學期刊》上。
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