Астрофизики думали, что видят древнейшие галактики, возникшие сразу после Большого Взрыва, но что-то не складывалось. Они были слишком яркими, слишком массивными. Теперь есть намеки на то, что это невиданные ранее звезды темной материи.
Если это правда, то открытие, сделанное космическим телескопом Джеймса Уэбба, может изменить наше понимание формирования Вселенной.
Принцип, по которому светятся темные звезды, будет совершенно отличаться от принципа нашего Солнца или любой другой звезды в известной Вселенной. Темные звезды могут питаться пока ещё неизвестными частицами темной материи, уничтожающими друг друга, и поэтому эти теоретические объекты должны быть намного больше и ярче обычных звезд.
Существование темных звезд также может объяснить, как образовались сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. В случае подтверждения теории, темные звезды могут раскрыть природу темной материи, одной из самых глубоких нерешенных проблем в физике.
До появления телескопа Джеймса Уэбба у нас было очень мало данных об эпохе космического рассвета, когда формировались первые звезды и галактики.
Первые наблюдения в телескоп привнесли неожиданную проблему — кажется, что во Вселенной слишком много слишком больших галактик, что противоречит предсказаниям стандартной космологической модели.
Три загадочных объекта, названные JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z11-0, наблюдались в интервале времени от 320 до 400 миллионов лет после Большого взрыва. что делает их одними из самых ранних из когда-либо наблюдаемых объектов. Объекты кажутся одноточечными источниками света. Кандидаты в темные звезды изначально были идентифицированы как галактики.
Некоторые из этих объектов находятся на расстоянии более 30 миллиардов световых лет, а это означает, что их свет путешествовал к нам на протяжении большей части возраста Вселенной. Мы смотрим на космос таким, каким он был спустя всего около 400 миллионов лет после Большого взрыва, или около 3% или менее от его нынешнего возраста.
Для более точного ответа потребуется более качественная спектроскопия объектов.
Как будет работать звезда темной материи?
Хотя темная материя составляет около 25% Вселенной, ее природу еще предстоит открыть.
Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение, такое как свет, и не взаимодействует с обычной материей, кроме гравитационного взаимодействия.
Ученые считают, что он состоит из элементарных частиц нового типа, и поиск таких частиц продолжается. Одним из ведущих кандидатов являются слабо взаимодействующие массивные частицы или вимпы. Известно, что вимпы уничтожают себя при столкновении.
Однако для достижения этого взаимодействия потребуется огромное количество гравитации.
Считается, что темные звезды могли образоваться на ранних стадиях развития Вселенной, когда в процессе звездообразования коллапсировали большие водородные облака. Это образовало гравитационный колодец, который притянул за собой темную материю. Частицы темной материи являются сами по себе античастицами, их аннигиляция обеспечивает источник тепла, который останавливает коллапс водородных облаков и создает другой тип звезды, темную звезду, в тепловом и гидростатическом равновесии.
Теоретически темные звезды почти полностью состоят из водорода и гелия, менее 0,1% массы находится в виде темной материи. Они остаются прохладными (температура поверхности ∼ 10 000 К), без центрального горячего ядра, «пухлые» размером в 10 астрономических единиц (1 а.е. — расстояние между Землей и Солнцем, 149,6 млн км). В темных звездах не произойдет ядерного синтеза, вместо этого во всем их объеме произойдет аннигиляция темной материи.
Сверхмассивные объекты затмят нашу галактику Млечный Путь, но как только топливо темной материи заканчивается, темная звезда умирает и коллапсирует в черную дыру.
Темные звезды могут дать семена для сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых по всей Вселенной и в ранние времена.
Идентификация сверхмассивных темных звезд откроет возможность изучения темной материи на основе их наблюдаемых свойств.
Исследователи объясняют, что последующие наблюдения в телескоп за спектроскопическими свойствами объектов, включая провалы или превышение интенсивности света в определенных частотных диапазонах, могут помочь подтвердить, действительно ли эти объекты-кандидаты являются темными звездами.
Теоретически темные звезды могут стать в несколько миллионов раз больше массы нашего Солнца и до 10 миллиардов раз ярче Солнца.
В центрах большинства галактик есть гигантские черные дыры, и эти черные дыры, похоже, очень быстро росли в ранней Вселенной. Возможно, темные звезды дают нам возможность производить зародыши черных дыр с массой в миллион солнц, которые затем могут вырасти в миллиарды монстров с солнечной массой.
Телескоп Джеймса Уэбба предоставляет достаточно технологий, чтобы объяснить, что представляют собой загадочные объекты. Однако исследователям потребуется больше времени для наблюдения.
Хотя темные звезды все еще являются спекулятивными, мы гарантированно узнаем больше о таинственной эпохе, когда самые первые звезды, темные или светлые, осветили собой пространство-время.
