研究人員揭開了一個引人入勝的宇宙之謎：較熱的白矮星–垂死太陽的殘餘物–比較冷的同類恆星更膨大，即使它們的重量相同。透過對26,000多顆這種超密集恆星的研究，科學家越來越接近把它們當作天然的試驗室，來探索極端引力和構成暗物質的難以捉摸的粒子。 這項發現可能會改寫我們對恆星物理學的理解，並有助於發現宇宙中隱藏的力量。

兩顆質量相同但溫度不同的白矮星的概念圖。 溫度較高的恆星（左）略顯膨大，而溫度較低的恆星（右）則較為緊密。 圖片來源：Roberto Molar Candanosa/約翰-霍普金斯大學

研究人員證實了白矮星–垂死恆星的超高密度殘餘物–中一種預測已久但難以捉摸的現象。 這項研究分析了26000 多顆白矮星，發現較熱的恆星比較冷的恆星稍大，或者說”更蓬鬆”，即使它們的質量相同。

約翰-霍普金斯大學的研究團隊於12月18日在《天文物理學報》上發表了這些發現，使科學家更接近把白矮星當作天然實驗室。 這些恆星提供了研究極端引力效應的獨特機會，並有可能發現奇異暗物質粒子的證據。

“白矮星是特徵最明顯的恆星之一，我們可以用它來測試這些普通物理學的基礎理論，希望我們能找到一些古怪的東西，指向新的基礎物理學，”領導這項工作的約翰-霍普金斯大學天文物理學家尼可-克倫普勒解釋。 “如果你想尋找暗物質、量子引力或其他奇怪的東西，你最好了解普通物理學。 否則，看似新奇的東西可能只是我們已經知道的一種效應的新表現形式。”

白矮星是恆星的核心，它們曾經像我們的太陽一樣，但現在已經耗盡了曾經用作核燃料的所有氫。 這些被剝離的恆星密度非常大，一茶匙的物質就重達一噸，比普通物質重得多。 由於質量如此密集，它們的引力可能是地球引力的數百倍。

這項研究依賴對這些極端條件如何影響白矮星發出的光波的測量。 從這種大質量天體射出的光線在擺脫引力的過程中會失去能量，逐漸變紅。 這種”紅移”效應像橡膠一樣拉伸光波，望遠鏡可以測量到。 正如愛因斯坦的廣義相對論所預測的那樣，它是由極端引力引起的時空扭曲造成的。

透過對白矮星相對於地球的運動進行平均測量，並根據白矮星的引力和大小對它們進行分組，研究小組分離出了引力紅移，以測量較高的溫度如何影響白矮星氣態外層的體積。

這項研究延續了約翰霍普金斯大學同一研究小組的努力。 他們的2020年對3000顆白矮星的調查證實，由於”電子變性壓力”，這些恆星會隨著質量的增加而縮小，這是一種量子力學過程，能使它們的緻密內核在數十億年的在時間裡保持穩定，而不需要核融合，核融合通常支撐著太陽和其他類型的恆星。 克魯姆普勒說，直到現在，研究小組還沒有足夠的數據來確信更高的溫度對這種品質-大小關係的微妙但重要的影響。

這項研究結合了利用智利和新墨西哥州望遠鏡進行的斯隆數位巡天和歐洲太空總署的蓋亞任務的觀測結果。 這兩個項目都在持續繪製和追蹤數百萬顆恆星、星系和其他宇宙天體。

指導這項研究的約翰-霍普金斯大學天文物理學教授納迪婭-扎卡姆斯卡（Nadia Zakamska）說：”下一個前沿領域可能是探測不同質量白矮星內核化學成分的極其微妙差異。我們並不完全了解一顆恆星形成白矮星的最大質量，而不是中子星或黑洞。了的過程的理論。

克拉姆普勒說，這些觀測結果也有助於發現暗物質的跡象，如軸子或其他假想粒子。 透過提供更詳細的白矮星結構圖，研究小組可以利用這些數據發現暗物質特定模型的訊號，從而在銀河系中形成乾涉模式。 克拉姆普勒說，如果兩顆白矮星位於同一個暗物質干涉斑塊內，那麼暗物質就會以同樣的方式改變這些恆星的結構。

儘管暗物質具有引力，但它不會發出望遠鏡所能看到的光或能量。 科學家知道它構成了太空中的大部分物質，因為它的引力會影響恆星、星系和其他宇宙物體，其影響方式與太陽影響我們地球軌道的方式類似。

克魯姆普勒說：「我們絞盡腦汁想弄清楚暗物質是什麼，但我想說，我們什麼都不知道。我們知道暗物質不是什麼，也知道它能做什麼、不能做什麼，但我們仍然不知道它是什麼。

編譯自/ ScitechDaily