科学版的《创世纪》告诉我们,宇宙起源于137亿年前,而宇宙中的第一代“居民”——恒星——则要等到大爆炸之后大约1亿年才会闪亮登场.即便根据恒星的标准,第一代恒星也都是“巨人”.它们要比现如今的任何一颗恒星都更大、更亮、燃烧得也更快.
不过,如果有关恒星形成的一个新理论是正确的话,那么第一代恒星会比科学家们先前想象得还要更奇特,原因就在于它们和暗物质之间的相互作用.暗物质是一种不可见的“物质”,它们占据了宇宙物质的80%.
类似我们太阳的恒星通过把较轻的元素聚变成较重的来与其自身巨大的引力相抗衡免于坍缩.但物理学中一些最流行的理论认为,组成暗物质的粒子同时也是自身的反粒子.这就带来了一种有趣的可能性,第一代恒星的能源可以源自聚集在其核心处的暗物质的自湮灭过程.这些“暗星”的温度要比由核聚变维系的恒星低,但个头会更为庞大.它们仍然是恒星,主要由氢和氦组成.暗物质的比重小于总质量的1%.
如果暗星存在,它们会通过推迟第一代“正常”恒星——被称为星族Ⅲ——的形成10亿年来改变早期宇宙中的化学组成.暗星同时还能解释为什么超大质量黑洞能在大爆炸之后不久如此快速地形成.
计算机模拟预言,只要周围暗物质密度足够高,暗星就可以存在.在最差的情况下,暗星应该可以存在大约100万年.如果暗物质晕非常大或者有从外界来的暗物质粒子注入,它们甚至可以存在数十亿年.一些原初的暗星还有可能幸存至今.
一旦暗物质能源被耗尽,暗星的命运将取决于它的质量.仅有几百个太阳质量的暗星在用完暗物质储备之后会“解冻”.它们会转变为正常的由核聚变驱动的恒星,并且继续存在上几百万左右,直到超新星爆发把自身的重元素播撒到宇宙中去.
但是对于最大质量的暗星要想重回普通恒星的生活却是不可能的.它们令人难以置信的质量会使得它们直接坍缩成黑洞.暗星因此可以解释类星体——中心具有超大质量黑洞的明亮星系——是如何在大爆炸之后仅数亿年就已经存在的,这比目前绝大部分的理论预言都要早.在目前的理论中,如果没有暗星,一个只有几个太阳质量的黑洞没有足够的时间能成长为可以解释类星体所需的百万太阳质量的黑洞.
暗星也许还在终结宇宙的黑暗时代上发挥了作用.宇宙的黑暗时代是大爆炸之后的一个完全黑暗时期,新生的氢和氦原子吸收了宇宙中的所有光.按照标准理论,需要不同代恒星和星系的紫外光来瓦解或者电离这些原子,使得宇宙变得透明.但暗星可以造就出更大、更强劲的由聚变产能的恒星,这可以加速宇宙再电离的过程.
虽然暗星很有趣,但它们也还是猜测.
