"Вебб" ймовірно вловив проблиск перших знайдених "темних зірок"

Зорі яскраво сяють з темряви космосу завдяки термоядерному синтезу — з′єднанню атомів з виділенням енергії. Але що, якщо існує інший спосіб підживлення зірки?

Про це розповідають в Техаському університеті в Остіні (UT Austin), передають OstanniPodii.com.

Група астрофізиків проаналізувала зображення, отримані космічним телескопом "Джеймс Вебб" (JWST), та виявила три яскраві об′єкти, що можуть бути "темними зорями" - теоретичними об′єктами, набагато більшими та яскравішими за наше Сонце, що підживлюються завдяки анігіляції частинок темної матерії. Якщо це підтвердиться, то темні зорі зможуть розкрити природу темної матерії -- однієї з найглибших невирішених проблем у всій фізиці.

"Відкриття нового типу зірок саме по собі доволі цікаве, але виявлення темної матерії, яка живить їх, було б величезною подією", - сказала Фріз, співавторка дослідження, яка є директором Інституту теоретичної фізики Вайнберга та завідувачем кафедри фізики в UT Austin.

Хоча, згідно з панівною моделлю космології, темна матерія становить близько 85% матерії Всесвіту, її природа досі залишається загадкою. Вчені вважають, що вона складається з нового типу елементарних частинок, і пошук таких частинок досі триває. Серед провідних кандидатів -- масивні частинки зі слабкою взаємодією.

На ранньому етапі формування Всесвіту при зіткненні частинок/античастинок темної матерії, їх анігіляція могла забезпечити джерело тепла, щоб зупинити колапс хмар при формуванні "звичайних" зірок, фактично утворивши інший тип зірок, темні зорі, що перебувають у тепловій та гідростатичній рівновазі.

Науковці зазначають, що ідентифікація надмасивних темних зірок відкриє можливість отримання знань про темну матерію на основі їхніх спостережуваних властивостей.

Дослідження опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Співавторами роботи також є Космін Іліє та Джилліан Паулін з Колгейтського університету.

Подальші спостереження JWST за спектроскопічними властивостями об′єктів, включно з провалами або перевищенням інтенсивності світла в певних частотних діапазонах, можуть допомогти підтвердити, чи дійсно ці об′єкти-кандидати є темними зорями.

Підтвердження існування темних зірок може також допомогти розв′язати проблему, створену JWST: схоже, що у Всесвіті занадто багато великих галактик, що не відповідає прогнозам стандартної моделі космології.

"Більш імовірно, що щось у рамках стандартної моделі потребує доопрацювання, оскільки пропозиція чогось абсолютно нового, як це зробили ми, завжди менш імовірна", - каже Фріз. "Але якщо деякі з цих об′єктів, схожих на ранні галактики, насправді є темними зорями, то моделювання формування галактик краще узгоджується зі спостереженнями".

Трьох кандидатів у темні зорі (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0) спочатку ідентифікували як галактики в грудні 2022 року під час Розширеного глибокого позагалактичного огляду JWST (JADES). За допомогою спектроскопічного аналізу команда JADES підтвердила, що ці об′єкти спостерігалися в період від 320 до 400 млн років після Великого вибуху, що робить їх одними з найбільш ранніх об′єктів серед коли-небудь спостережуваних.

"Коли ми дивимося на дані "Джеймса Вебба", то бачимо дві можливості, що конкурують, для цих об′єктів", - каже Фріз. "Одна з них полягає в тому, що це галактики, які містять мільйони звичайних зірок III покоління. Інша - що це темні зорі. І хочете вірте, хочете ні, але одна темна зоря має достатньо світла, щоб конкурувати з цілою галактикою зірок".

Теоретично темні зорі можуть вирости до маси, що в кілька мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця, і бути в 10 мільярдів разів яскравішими за Сонце.

Ідея щодо темних зірок виникла під час бесіди Фріз із Дагом Споляром, на той час аспірантом Каліфорнійського університету в Санта-Крусі. Вони вдалися в питання: Що робить темна матерія з першими зорями, які утворилися у Всесвіті? Потім вони звернулися до Паоло Гондоло, астрофізика з Університету штату Юта, який приєднався до команди. Після кількох років роботи вони опублікували свою першу працю з цієї теорії в журналі Physical Review Letters у 2008 році.

Фінансування цього дослідження було надано Управлінням фізики високих енергій Міністерства енергетики США та Шведською дослідницькою радою (Vetenskapsradet) Центру фізики космочастинок імені Оскара Клейна при Стокгольмському університеті.