Они могли бы поглотить всю Солнечную систему и светиться ярче целых галактик. Их энергия — не ядерный синтез, а таинственные частицы, сталкивающиеся в глубинах космоса. Теперь астрономы заявляют: первые данные космического телескопа James Webb указывают на существование этих гигантов. Если открытие подтвердится, человечество впервые увидит «темные звезды» — объекты, способные переписать историю рождения сверхмассивных черных дыр и раскрыть природу самой загадочной субстанции во Вселенной.
Вселенная на 95% состоит из темной материи и темной энергии, но их природа до сих пор остается неразгаданной. Темная материя не излучает свет, однако ее гравитация удерживает галактики от распада. Ученые десятилетиями пытаются понять, из чего она состоит. Одна из главных гипотез — существование вимпов (WIMP), тяжелых частиц, которые при столкновении аннигилируют, выделяя энергию.
В 2007 году астрофизик Кэтрин Фриз из Техасского университета в Остине выдвинула радикальную идею: в первые 200 миллионов лет после Большого взрыва вимпы могли создавать гигантские «темные звезды». Вместо термоядерных реакций в их ядрах частицы темной материи аннигилировали, выделяя колоссальную энергию. Теоретически такие объекты могли вырастать до размеров орбиты Сатурна и достигать массы в миллион солнц. Но доказательств не было — до запуска телескопа James Webb.
Темная энергия вместо термояда
Обычные звезды, вроде Солнца, светятся благодаря синтезу водорода в гелий. Гравитация сжимает газовое облако, пока температура в ядре не достигнет миллионов градусов. В темных звездах этот процесс останавливается на ранней стадии. Частицы темной материи, аннигилируя, выделяют энергию, которая противодействует гравитационному коллапсу. В результате вещество не сжимается до начала термоядерных реакций — вместо этого формируется гигантский шар, на 99,9% состоящий из обычной материи, но «зажженный» темной.
«Представьте: триллионы аннигиляций в секунду. Это делает темные звезды невероятно яркими — в миллиарды раз ярче Солнца», — объясняет Фриз. Несмотря на название, эти объекты излучали бы ослепительный белый или голубой свет.
Сверхмассивные черные дыры: недостающее звено
Гипотеза темных звезд может решить одну из главных загадок астрономии: как сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды солнц появились так быстро. Согласно данным телескопов, они существовали уже через 700 миллионов лет после Большого взрыва — слишком рано для образования из обычных звезд.
Темные звезды, прожив всего несколько миллионов лет, коллапсировали бы в черные дыры массой до миллиона солнц. Эти «зародыши» затем сливались, быстро набирая массу. «Наша модель объясняет, как черные дыры-гиганты возникли за короткое время», — говорит Фриз.
James Webb вступает в игру
В 2022 году инфракрасный телескоп James Webb обнаружил галактики, существовавшие через 320 миллионов лет после Большого взрыва. Они оказались ярче и массивнее, чем предсказывали теории. Команда Фриз предположила: часть этих объектов — не галактики, а единичные темные звезды.
Три кандидата, найденные в рамках проекта JADES, выглядят как красные размытые пятна. Они округлы, лишены характерных для галактик структур и соответствуют моделям темных звезд. Два объекта оценили в миллион солнечных масс, третий — в 500 тысяч.
«Возможно, мы видим компактные галактики, — осторожничает Сандра Таккелла из Кембриджского университета, участник JADES. — Но если это темные звезды, нам нужно искать специфические спектральные линии».
Спектр — ключ к разгадке
В октябре 2023 года JADES получит спектры кандидатов. Ученые будут искать следы ионизированного гелия (He-II). В темных звездах He-II поглощал бы свет на определенной длине волны, а в галактиках — излучал. «Это станет решающим доказательством», — говорит Джиллиан Паулин из Колгейтского университета.
Скепсис и альтернативы
Многие астрономы сомневаются. Бернард Карр из Лондонского университета считает, что темная материя может состоять из первичных черных дыр, а не частиц. Другие, как Космин Илие из Колгейтского университета, работают над новыми кандидатами в темные звезды, найденными James Webb.
«Большинство предпочитает консервативные объяснения, — говорит Карр. — Но Вселенная полна странностей: черные дыры, магнетары… Почему бы не темные звезды?»
Post Scriptum
Если гипотеза подтвердится, это станет триумфом для астрофизики. Темные звезды не только откроют окно в эпоху юной Вселенной, но и укажут на природу темной материи. Уже в 2027 году к поискам подключится космический телескоп Roman, способный разглядеть еще больше кандидатов. «Мы окружены странностями, — говорит Карр. — И темные звезды могут стать очередной гранью космической загадки».
-----
Если понравился материал и вы считаете его познавательным и стоящим вашего внимания, вы можете поддержать автора «трудовым рублем» по ссылке ниже 👇👇👇 либо нажать на кнопку «Поддержать» чуть ниже этого сообщения (с правой стороны). Ссылка