暗物質可以在宇宙中形成一種奇異的「冷」恆星

在最小的河系周圍瀰漫的氣體塵埃深處，可能潛藏著由暗物質凝聚成的又冷又小的被稱之為「玻色星」的液滴。

當然，我們目前連暗物質確切來說是什麼都不知道，更別說發現不可見「星星」存在的證據了。但是，如果當前假設成立，一個新的數學模型表明暗物質可能有一些奇怪的相互作用。這個模型是由一組俄羅斯物理學家提出的，他們考慮了假設的暗物質粒子可能在最小的河系氣體塵埃環中聚集的方式。

宇宙中百分之八十的質量由我們無法探測到的物質所構成，不管這種物質到底是什麼東西，他都無法通過一般的方式同正常物質發生反應，例如無法通過電磁場來交換光子。暗物質存在的唯一標誌就是它增加了宇宙中星系的集聚。不過，星系的集聚並不是小玩意兒，這種看不見的引力標的已經被詳細的測繪出來，並為我們提供了了解其性質的關鍵信息。

由於暗物質對河系有著明顯的吸引力，我們可以假設構成暗物質的物質速度不足以使其逃逸河系的引力進入宇宙中的大空隙。暗物質現有的移動速度肯定是相對緩慢的。構成這種相對運動較慢的暗物質的候選粒子之一是一種假設存在的被稱之為軸子(一種假設的亞原子粒子)的粒子。軸子是一種玻色子，和光子沒有太大的差別，軸子是為了解決量子物理學中另一個令人困惑的悖論而被提出的。

為了解釋暗物質對星系以及星系際介質產生的影響，科學家提出了「模糊暗物質」理論和「冷暗物質」理論。「冷暗物質」理論的歷史較短，可追溯到上世紀80年代，是當前的暗物質標準模型。根據這一理論，暗物質由質量相對較大但移動速度較慢的粒子構成，交互作用較弱。

另一種假設是模糊暗物質。它是另一種玻色子，是為解決天體物理學中有關暗物質在河系氣體塵埃環中分布的困境而提出的。

「模糊暗物質」理論是一項較新的理論，彌補了冷暗物質理論存在的缺陷。根據這一理論，暗物質由超輕粒子構成，而不是重粒子。對於宇宙內的很多基本粒子，它們的大範圍移動可以用經典牛頓物理學原理加以解釋；解釋小範圍移動(例如亞原子層面)則需要量子力學原理。但對於「模糊暗物質」理論預言的超輕粒子，超大範圍移動(例如從星系的一端移動到另一端)同樣需要藉助量子力學原理。

這兩種假設的粒子目前為止還沒有證據顯示其的確存在，但是如果這兩種粒子有一種存在，那麼在特定條件下他們會發生一些有趣的事情。作者聲稱該模型是第一次來關注例如像暗物質這樣的冷凝聚態物質形成中的動力學信息。

玻色–愛因斯坦凝聚態，是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態。當溫度下降到剛好高於絕對零度時，粒子停止熱運動，失去它們的個體特徵，所有粒子幾乎具有相同的物理性質。

以往的嘗試一直在探尋當玻色子已經聚集成玻色-愛因斯坦凝聚態時會發生什麼，比如在一個年幼的宇宙中。在這種情況下，他們由玻色子的相互作用作為開始。「而我們從一個具有最大化混合的病毒化狀態開始，這與玻色-愛因斯坦凝聚體相反，」Levkov說。

經過很長一段時間，10萬倍於粒子穿越模擬場所需的時間，這些粒子開始自發形成冷凝物，在重力的作用下，冷凝物立即形成球狀液滴，即「玻色星」。實際上，「暗」玻色子的粒子云變成了同一種粒子。不僅如此，物理學家們已經計算出，在重力作用下，玻色子云團可以聚集在一起，形成一個球——一顆「玻色星」。這些假設物體的條件需要相當苛刻，例如集中在矮星系周圍相對較小的環暈中。即使是這樣，在已知宇宙的漫長發展時間中，它仍然是一個緩慢的過程。

儘管這些「如果」的場景聽起來非常的科幻，但這些假設的場景對我們尋找整個暗物質謎團的線索的界限有很好的改善。Levkov說：「下一個階段是預測宇宙中「玻色星」的數量，並用暗物質模型計算它們的質量。

總有一天，我們會掌握這些幽靈物質的性質，當我們做到的時候，我們肯定能在廣袤的宇宙中發現許多令人著迷的新物質結構形態。

研究結果發表在Physical Review Letters.

本文譯自 sciencealert ，由譯者 利維坦 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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