研究表明，银河系中心的恒星可能找到了一个无尽的能量来源

距离地球约26,000光年的银河系的中心，有一个称为人马座A*的超大质量黑洞，它的质量大约是太阳的400万倍，最近，一项新的研究提出，围绕银河系中心黑洞旋转的一群特殊的恒星，可能通过在不断捕获和摧毁暗物质粒子而变得“不朽”。

通过使用计算机模拟恒星演化，研究人员发现，这些恒星在极其接近黑洞的轨道上运行，有的轨道距离黑洞仅几光时到几光天，与我们太阳系的尺度相当。他们的引力捕获的暗物质粒子，可能经常在恒星内部相互碰撞并“湮灭”，转化为普通粒子的同时释放出大量能量。

斯德哥尔摩大学粒子天体物理博士生、该研究的主要作者伊莎贝尔·约翰提出，这个额外的能量来源可能维持恒星的稳定性，即使在其常规的核燃料供应耗尽之后，也可能使其不朽。天文学的传统理论认为，恒星通过核聚变燃烧氢元素，这种由核聚变产生的向外压力与由引力产生的向内压力相平衡，保持了恒星的稳定平衡。"

然而，许多在银河系中心黑洞附近发现的恒星似乎比恒星演化理论预测的要年轻得多。为了调查这个谜题，研究人员测试了这些恒星是否能够从被认为存在于银河中心的大量暗物质中提取能量。

约翰说："我们的模拟显示，如果恒星能够收集大量的暗物质，这些暗物质在恒星内部湮灭，这可以提供类似的向外压力，使恒星因暗物质湮灭而不是核聚变而稳定——因此恒星可以使用暗物质作为燃料，而不是氢元素，重要的不同在于，恒星会耗尽它们的氢元素，这最终会导致它们死亡。另一方面，恒星可以持续地收集暗物质。"

这项研究于5月发表在预印本服务器arXiv上，尚未经过同行评审。恒星演化是一个研究充分的课题。恒星的年龄、光度、大小和温度之间的关系已经通过理论和天文数据以高精度推导出来。然而，最近的观测显示，银河系中心附近恒星的属性违背了普遍接受的恒星演化理论。

"我们银河系最内层的恒星，即S星团的恒星，展示了一些在其他地方找不到的一系列属性：目前还不清楚它们是如何如此接近中心的，那里的环境被认为对恒星形成相当敌对，"约翰解释说。"它们似乎也比预期的要年轻得多，如果恒星是从其他地方移动到那里的话。此外，似乎意外地有很多重恒星。"

S星团恒星的这些奇怪属性可能由它们内部的额外能量来源来解释。例如，这个额外的能量来源可能允许恒星以更低的速率燃烧氢元素——通常的能量来源，使它老化得更慢，看起来比实际年龄更年轻。

在他们最近的研究中，约翰与斯德哥尔摩大学的蒂姆·林登和斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的丽贝卡·K·李恩一起提出，这个来源可能是暗物质粒子的湮灭。这个解释与在银河系中心，也就是观察到这些奇异恒星的地方，暗物质的数量被认为更多这一事实相符。

"在银河系的大部分区域，暗物质的密度不足以影响恒星，"约翰说。"但在银河中心，暗物质的数量非常高，可能比地球上高出数亿倍。"为了测试他们的假设，研究人员进行了一个计算机模拟，模拟了一个被暗物质云包围的恒星的生命周期，其密度与银河中心的密度相匹配。他们假设暗物质由弱相互作用的大质量粒子组成，这是暗物质成分的主要候选者之一。

由于暗物质粒子尚未在实验室实验中被发现，它们与普通物质的相互作用强度以及它们相互湮灭的速率是未知的。但研究表明，对于这些量的特定值，基于暗物质的能源生产机制完美地解释了S星团恒星的观测属性。然而，为了确认他们的解释，作者认为需要在银河中心附近发现更多的恒星。此外，必须进行更精确的已知恒星参数测量，以便可靠地将观测结果与理论预测进行比较。研究人员表示，希望在不久的将来使用智利的甚大望远镜或夏威夷的凯克天文台进行这样的观测。

"对S星团恒星更精确的观测将为我们提供更多关于这些恒星和正在进行的过程的信息，"约翰说。"这将显示观测结果是否与我们的模拟一致，或者对它们不寻常属性的其他解释是否变得更加有利。"