暗物質會不會聚集形成天體?比如暗物質星什麼的?

2020-12-03 易途

宇宙演化早期,是會形成暗物質黑洞的,當然這也算是天體,但形成原因是密度漲落的演化。另外現在暗物質暈的中心究竟是個什麼樣子,依然是有爭論的問題,數值模擬的結果顯示中心是「平」的,也就是只是很多暗物質聚集,算不上有明顯邊界的天體。

現在所說的暗物質,是看不見的那部分物質的統稱,當然其中的黑洞白矮星褐矮星什麼的,都是天體,然而這部分比例很小。

「不發光的物質」中,佔大部分的非重子物質之間僅有引力相互作用。由這種暗物質構成的「總體」中,只有動能和引力勢能之間的相互轉化(不考慮引力波輻射這些)。

三個初始狀態相距一定距離(任意初速度)的質點構成的體系,剛開始會因為引力相互吸引而聚集。假設質點的碰撞體積為0或者為完全彈性碰撞的話(僅有引力的情況必然是彈性碰撞),這個聚集是不穩定的,三個質點聚集後會再次分散開。聚集-分散的過程周而復始,可能達到某個奇怪的平衡狀態,但是不可能聚集到一起。

n個質點的情況類似,也會出現聚集-彌散的過程。n非常大的時候,就是暗物質的情形。

再說說天體形成,關鍵的一條就是多個質點聚集到一起的碰撞過程是非彈性碰撞,這樣許多質點聚集後就不再分散開了。這也就是耗散過程,原因是由其他相互作用的參與(電磁力)。這樣的物質越聚越多,就是天體了。當然實際過程複雜的多,什麼吸積盤、自引力、角動量輸運什麼的。

在宇宙形成初期,物質密度很大,有可能形成一種很奇怪的恆星,它們由暗物質+大量的氫,氦組成。

即相對來說一小坨密度較高的暗物質,聚集大量重子物質,繼而塌縮成10萬甚至百萬倍太陽質量的恆星,當然也許直接塌縮成中等或超大質量黑洞,但在暗物質密度非常高的情況下,大幅超過愛丁頓極限也是有可能的(相當於恆星內部有一副疏散一些的暗物質骨架)。

如果存在這樣的恆星,它們體積一定很大,亮度很高,而溫度相對來說不會很高。也許可以存在幾百萬年,然後再塌縮成中等或超大質量黑洞。這樣也可以解釋早期宇宙再電離(星光不夠)和早期類星體(超大質量黑洞形成過早)的問題。

其實暗物質還包括部分褐矮星與黑洞等,也就是重子暗物質,雖然只佔暗物質的一小部分。

對於非重子暗物質,有理論認為在宇宙形成早期會形成暗物質星,並且部分會保留到現在但現在不再形成了。

除了暗物質星,還有理論預言了暗能量星,看起來就像個黑洞。我們現在對暗物質,尤其是暗能量所知仍甚少,現在下定論可能過於絕對,所以應當這樣說:重子暗物質星顯然是存在的,對非重子暗物質星與暗能量星究竟存在與否,我們仍不是非常清楚。

暗物質星還是比較新的課題,無論是暗物質粒子的性質,暗物質星的性質,還是暗物質星對宇宙演化的影響,都存在著太多的不確定性。

我們需要下個愛因斯坦!

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(圖片來源網絡)

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