南希格雷斯罗马太空望远镜可以探测到超大质量暗星

宇宙中最早的恒星与我们今天看到的恒星非常不同。它们纯粹由氢和氦制成，不含更重的元素来帮助它们在核心产生能量。因此，它们的质量可能是太阳的数百倍。但一些最早的明星可能更奇怪。在早期宇宙中，暗物质可能比现在更加集中，并且它可能为被称为暗星的奇怪恒星物体提供了动力。

由于暗物质和普通物质在重力作用下的行为相似，早期宇宙中的暗物质团可能在它们周围聚集了氢和氦云。当这种物质在自身重量的作用下塌陷时，其核心的暗物质可能会产生能量。在一些暗物质模型中，粒子可以湮灭产生伽马射线和中微子。这些高能粒子可以防止星云塌陷，类似于核聚变维持普通恒星的方式。

这些暗星会非常巨大，直径比太阳宽几万甚至几十万倍。但它们会很暗并且密度相当低。如果它们存在的话，它们对于当前的望远镜来说就太微弱和遥远了，无法探测到它们。但南希·格雷斯·罗马太空望远镜(以前称为WFIRST)可能足够强大来找到它们。

罗马望远镜计划于2027年5月发射。它将是一台宽视场红外望远镜，非常适合探索昏暗而遥远的宇宙边缘。根据arXiv预印本服务器上最近发表的一篇论文，Roman或许能够观测到质量超过100,000个太阳的超大质量暗星。但这种规模的暗星不太常见。更好的估计是暗星的质量约为10,000个太阳质量。借助引力透镜，罗曼也许能够看到同等质量的暗星，但作者提出了一种更好的方法，将罗曼的观测与詹姆斯·韦伯太空望远镜结合起来。

他们的想法是使用Roman来识别暗星候选者，但前提是光度观测无法区分暗星和小型年轻星系。区分星系与暗星的一个特征是后者应该显示出一条称为λ1640的氦发射线，韦伯可以检测到这一点。罗曼更适合寻找候选人，韦伯可以确认他们。这是不同望远镜的优势如何相互补充的一个很好的例子。

如果这种方法在未来十年取得成功，它可以帮助天文学家了解另一个宇宙学之谜，即超大质量黑洞。我们仍然不明白如此巨大的黑洞如何在早期宇宙中如此迅速地形成，但一种想法是它们可能是由这些暗星播种的。当它们的暗物质核心停止产生能量时，这些恒星可能已经足够快地塌缩形成一个大质量黑洞，随着时间的推移，它可能会成长为超大质量黑洞。

我们可以从暗星的微​​弱光芒中学到很多东西。