В 2022 году когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» передал первые снимки ранней Вселенной, астрономы ожидали увидеть процессы рождения первых галактик. Однако, вместо этого они столкнулись с чем-то необъяснимым. На экранах мониторов сияли объекты, которые были слишком яркими, слишком массивными и слишком "старыми" для своего возраста. Современные космологические теории оказалась в тупике: либо наши модели Большого взрыва ошибочны, либо мы смотрим на что-то совершенно новое, чему еще нет объяснения в учебниках.
Команда астрофизиков во главе с профессором Кэтрин Фриз предложила дерзкое решение. То, что мы долгое время принимали за ранние галактики из-за устаревших технологий, на самом деле могут быть одиночными звездами невероятных размеров. Астрономы назвали их «тёмными звёздами». Если их существование официально подтвердится, мы получим ключ сразу к трем фундаментальным загадкам мироздания.
Анатомия тёмной звезды
Название обманчиво. Тёмные звёзды вовсе не тёмные. Они сияют ярче миллиардов наших Солнц, затмевая целые галактики. «Тёмными» их назвали из-за источника энергии.
Обычные звезды, начиная от нашего Солнца до красных гигантов, живут за счет термоядерного синтеза. В их ядрах атомы водорода сжимаются до тех пор, пока не сольются в гелий, высвобождая энергию. Тёмная звезда работает иначе. Она состоит почти целиком из водорода и гелия, но внутри неё находится секретный ингредиент — тёмная материя.
Согласно современным теориям, частицы тёмной материи (вимпы) являются собственной античастицей. Сталкиваясь внутри газового облака, они аннигилируют и превращаются в чистую энергию. Это тепло не дает газовому облаку сжаться до плотности, необходимой для запуска ядерного синтеза.
Вместо компактного огненного шара мы получаем «пухлого» гиганта. Для примера, представьте себе звезду, радиус которой достигает орбиты Сатурна или даже больше. Это холодные по космическим меркам (около 10 000 градусов на поверхности), но чудовищно огромные объекты. Одна такая звезда может весить как миллион Солнц и светить с яркостью целой галактики.
Загадка первая: «Необъяснимые» галактики Уэбба
Первая проблема, которую решают эти гиганты, возникла совсем недавно. Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил объекты (например, JADES-GS-z13-0), появившиеся всего через 320–400 миллионов лет после Большого взрыва.
Для стандартной модели это катастрофа. Галактикам требуются миллиарды лет, чтобы накопить такую массу и яркость. Вселенная в тот момент была еще слишком молода для формирования столь сложных структур. Это как найти взрослого человека в детском саду.
Гипотеза тёмных звёзд изящно решает это противоречие. Если увиденные телескопом точки — это не галактики из миллиардов обычных звезд, а единичные тёмные звёзды, то физика спасена. Такой объект формируется быстро, растет стремительно и обладает именно той светимостью, которую фиксируют датчики «Уэбба». Нам не нужно переписывать возраст Вселенной, нам просто нужно признать существование нового типа небесных тел.
Загадка вторая: Происхождение сверхмассивных черных дыр
В центрах большинства галактик, включая наш Млечный Путь, сидят гравитационные монстры — сверхмассивные черные дыры. Их масса в миллионы и миллиарды раз превышает солнечную. Проблема в том, что мы видим этих гигантов даже в самой ранней Вселенной.
Классический сценарий роста черной дыры слишком медленный. Звезда умирает, оставляет после себя черную дыру массой в 10–20 солнц, и та начинает поглощать газ. Но чтобы вырасти до миллиарда солнечных масс, ей не хватило бы времени жизни Вселенной, даже если бы она «ела» без перерыва.
Тёмные звёзды предлагают идеальный механизм «быстрого старта». Когда запасы тёмной материи внутри такого гиганта истощаются, он теряет поддержку и коллапсирует. Из-за своей колоссальной исходной массы он превращается не в маленькую черную дыру, а сразу в «дыру» массой в миллион солнц.
Такой объект — это уже готовый фундамент для постройки сверхмассивной черной дыры. Ему не нужно расти с нуля. Это объясняет, почему мы видим квазары-гиганты там, где по всем расчетам должны быть лишь скромные зародыши.
Загадка третья: Природа самой тёмной материи
Это, пожалуй, самый интригующий вопрос космологии. Мы знаем, что тёмная материя существует, так как видим её гравитационное влияние. Но мы понятия не имеем, из чего она состоит. Физики десятилетиями ищут вимпы — слабо взаимодействующие массивные частицы, но детекторы на Земле молчат.
Существование тёмных звёзд станет прямым доказательством того, что тёмная материя состоит именно из частиц, способных к аннигиляции. Это отсечет сотни альтернативных теорий и наконец даст физикам ответ на вопрос, из чего состоит 27% нашей Вселенной. Космос в данном случае выступит как гигантская лаборатория, условия в которой невозможно воспроизвести ни в одном коллайдере.
Как мы узнаем правду?
Профессор Кэтрин Фриз и её коллеги, включая Космина Илие, указывают на конкретный маркер. Спектральный анализ света от этих далеких объектов может выдать их природу. Тёмные звёзды должны иметь специфическую линию поглощения гелия-II (на длине волны 1640 ангстрем).
Если «Джеймс Уэбб» найдет эту спектральную подпись в объектах вроде JADES-GS-z13-0, она решит все перечисленные загадки. Мы получим подтверждение того, что на заре времен космосом правили монстры, работающие на призрачном топливе.
Сейчас астрофизика находится в точке бифуркации. Подтверждение гипотезы тёмных звёзд не просто закроет дыры в наших знаниях. Оно свяжет воедино физику элементарных частиц и космологию, показав, как невидимая материя зажигала первые маяки во тьме ранней Вселенной. Пока же астрономы продолжают вглядываться в бездну, ожидая, когда она наконец раскроет свои секреты.
Уважаемые читатели, если для вас данная статья была полезной, пожалуйста подпишитесь, это поможет начинающему автору и каналу в продвижении.