Astronomen sind zunehmend davon überzeugt, dass das frühe Universum möglicherweise von einer Art Stern bevölkert war, wie wir ihn heute nicht sehen: dunkle Sterne, massive Himmelsobjekte, die nicht durch Kernfusion, sondern durch die Vernichtung dunkler Materie angetrieben wurden. Aktuelle Beobachtungen des James Webb Space Telescope (JWST) liefern verlockende, wenn auch noch nicht schlüssige Beweise für diese theoretischen Strukturen und könnten möglicherweise mehrere seit langem bestehende kosmologische Rätsel lösen.
Der Aufstieg der Sterne aus Dunkler Materie
Normale Sterne entzünden sich, wenn die Schwerkraft Gas komprimiert, bis im Kern eine Kernfusion beginnt. Dunkle Sterne könnten sich jedoch unter den dichten Bedingungen des frühen Universums gebildet haben, wo die dunkle Materie stärker konzentriert war. Wenn sich in einer kollabierenden Wolke genügend dunkle Materie angesammelt hätte, wären die Teilchen zusammengestoßen und hätten sich gegenseitig vernichtet, wodurch Energie freigesetzt worden wäre, die einen weiteren Kollaps verhinderte und den Stern mit Energie versorgte.
Dieser Prozess ist nicht nur hypothetisch; Forscher unter der Leitung von Katherine Freese von der University of Texas in Austin haben den Lebenszyklus dieser Sterne, einschließlich ihres späteren Schicksals, modelliert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sternen, die Treibstoff verbrennen und nach erschöpfenden Kernreaktionen zu Schwarzen Löchern kollabieren, können dunkle Sterne theoretisch unbegrenzt überleben, solange sich weiterhin dunkle Materie ansammelt und vernichtet.
Das Problem des supermassiven Schwarzen Lochs
Die Existenz dunkler Sterne würde helfen, die Anwesenheit supermassereicher Schwarzer Löcher im frühen Universum zu erklären. Diese massiven Objekte entstanden viel zu schnell nach dem Urknall, als dass sie allein durch den Kollaps kleinerer Sterne entstanden wären. Dunkle Sterne könnten jedoch zu immensen Größen herangewachsen sein – zwischen dem 1.000- und 10-Millionen-fachen der Masse unserer Sonne – bevor sie in die von Astronomen beobachteten supermassiven Schwarzen Löcher kollabierten.
Wie Freese erklärt: „Wenn man mit größeren Samen beginnt, macht das wirklich einen Unterschied.“ Ohne solche massiven Vorläufer bleibt die schnelle Entstehung dieser Schwarzen Löcher ein Rätsel.
JWST-Beobachtungen und unerwartete Objekte
Das JWST hat auch zwei ungewöhnliche Arten entfernter Objekte entdeckt: „kleine rote Punkte“ und „blaue Monster“. Wie bei supermassereichen Schwarzen Löchern ist ihre Existenz zu solch frühen kosmischen Zeiten mit herkömmlichen Entstehungsmechanismen schwer zu erklären. Freeses Team vermutet, dass es sich tatsächlich um einzelne, extrem massereiche dunkle Sterne handeln könnte.
Entscheidend ist, dass dunkle Sterne einen einzigartigen Fingerabdruck in ihrem Lichtspektrum hinterlassen würden – eine bestimmte Wellenlänge, die aufgrund der bei der Vernichtung dunkler Materie freigesetzten Energie absorbiert wird. Erste JWST-Beobachtungen deuten auf diese Signatur bei mehreren entfernten Objekten hin, die Daten sind jedoch derzeit nicht schlüssig.
Der Weg nach vorne
Derzeit sind die Beweise für dunkle Sterne nur Indizien. Während die Beobachtungen von JWST vielversprechend sind, sind weitere hochauflösende Daten erforderlich, um ihre Existenz zu bestätigen. Sollten diese Strukturen bestätigt werden, würden sie nicht nur kosmologische Rätsel lösen, sondern auch ein neues Fenster in die Natur der Dunklen Materie selbst eröffnen.
Insbesondere würde die Masse, bei der dunkle Sterne zu Schwarzen Löchern kollabieren, von den Eigenschaften der Teilchen der dunklen Materie abhängen, die ihre Vernichtung vorantreiben. Dies könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, die Masse der Dunklen Materie zu messen oder einzuschränken, eines der bedeutendsten ungelösten Probleme der Physik.
Wie Dan Hooper von der University of Wisconsin-Madison es ausdrückt: „Das ist kein tiefgreifender, eindeutiger Beweis, aber es ist eine wirklich gut motivierte Sache, nach der sie suchen.“ Die Suche nach dunklen Sternen ist selten, aber die Entdeckung wäre außergewöhnlich.
