Астрономы всё больше убеждаются в том, что ранняя Вселенная могла быть населена типом звёзд, не похожих ни на что из того, что мы видим сегодня: тёмными звёздами – массивными небесными объектами, работающими не за счёт ядерного синтеза, а за счёт аннигиляции тёмной материи. Недавние наблюдения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) предлагают интригующие, хотя и ещё не окончательные, доказательства существования этих теоретических структур, которые потенциально могут решить несколько давних космологических загадок.
Расцвет Звёзд Тёмной Материи
Обычные звёзды воспламеняются, когда гравитация сжимает газ до тех пор, пока в ядре не начнётся ядерный синтез. Тёмные звёзды, однако, могли формироваться в плотных условиях ранней Вселенной, где тёмная материя была более концентрированной. Если достаточное количество тёмной материи накапливалось внутри сжимающегося облака, частицы сталкивались бы и аннигилировали, высвобождая энергию, которая предотвращала бы дальнейшее сжатие и питала звезду.
Этот процесс не только гипотетический; исследователи, возглавляемые Кэтрин Фрис из Техасского университета в Остине, смоделировали жизненный цикл этих звёзд, включая их конечную судьбу. В отличие от обычных звёзд, которые сжигают топливо и коллапсируют в чёрные дыры после исчерпания ядерных реакций, тёмные звёзды теоретически могут поддерживать себя бесконечно долго, пока тёмная материя продолжает накапливаться и аннигилировать.
Проблема Сверхмассивных Чёрных Дыр
Существование тёмных звёзд помогло бы объяснить наличие сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной. Эти массивные объекты возникли слишком быстро после Большого Взрыва, чтобы сформироваться исключительно из коллапса меньших звёзд. Тёмные звёзды, однако, могли вырасти до огромных размеров – от 1000 до 10 миллионов масс Солнца – прежде чем коллапсировать в сверхмассивные чёрные дыры, наблюдаемые астрономами.
Как объясняет Фрис, «Если вы начинаете с более крупных зародышей, это действительно имеет значение». Без таких массивных предшественников быстрое формирование этих чёрных дыр остаётся загадкой.
Наблюдения JWST и Неожиданные Объекты
JWST также обнаружил два необычных типа далёких объектов: «маленькие красные точки» и «голубые монстры». Как и сверхмассивные чёрные дыры, их существование в столь ранние космические времена трудно объяснить с помощью обычных механизмов формирования. Команда Фрис предполагает, что это на самом деле отдельные, чрезвычайно массивные тёмные звёзды.
Важно отметить, что тёмные звёзды оставляют уникальный отпечаток в своём световом спектре – определённую длину волны, поглощённую из-за энергии, высвобождаемой при аннигиляции тёмной материи. Первоначальные наблюдения JWST показали намёки на эту сигнатуру в нескольких далёких объектах, но данные в настоящее время являются неубедительными.
Дальнейшие Шаги
В настоящее время доказательства существования тёмных звёзд являются косвенными. Хотя наблюдения с JWST обнадеживают, для подтверждения их существования необходимы дальнейшие данные высокого разрешения. Если они подтвердятся, эти структуры не только разрешат космологические загадки, но и откроют новое окно в природу тёмной материи.
В частности, масса, при которой тёмные звёзды коллапсируют в чёрные дыры, будет зависеть от свойств частиц тёмной материи, приводящих в действие их аннигиляцию. Это позволит учёным измерить или ограничить массу тёмной материи – одну из самых значительных нерешённых проблем в физике.
Как говорит Дэн Хупер из Университета Висконсин-Мэдисон: «Это не какое-то неопровержимое, однозначное доказательство, но это действительно хорошо обоснованная вещь, которую они ищут». Поиск тёмных звёзд редок, но их открытие было бы необычайным.
