Астрономи дедалі більше переконуються, що ранній Всесвіт міг бути населений типом зірок, який не схожий на те, що ми бачимо сьогодні: темні зірки — масивні небесні об’єкти, що живляться не ядерним синтезом, а анігіляцією темної матерії. Нещодавні спостереження з космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) пропонують інтригуючі, хоча ще не переконливі, докази існування цих теоретичних структур, які потенційно можуть вирішити кілька давніх космологічних таємниць.
Сходження зірок темної матерії
Звичайні зірки запалюються, коли гравітація стискає газ, поки в ядрі не відбудеться ядерний синтез. Темні зірки, однак, могли утворитися в щільних умовах раннього Всесвіту, де темна матерія була більш концентрованою. Якщо всередині колапсуючої хмари накопичиться достатня кількість темної матерії, частинки зіткнуться та знищаться, вивільнивши енергію, яка запобіжить подальшому колапсу та живить зірку.
Цей процес не лише гіпотетичний; Дослідники під керівництвом Кетрін Фріс з Техаського університету в Остіні змоделювали життєвий цикл цих зірок, включаючи їх остаточну долю. На відміну від звичайних зірок, які спалюють паливо і колапсують у чорні діри після завершення ядерних реакцій, темні зірки теоретично можуть підтримувати себе нескінченно довго, поки темна матерія продовжує накопичуватися та знищуватися.
Проблема надмасивних чорних дір
Існування темних зірок допомогло б пояснити наявність надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті. Ці масивні об’єкти виникли надто швидко після Великого вибуху, щоб утворитися виключно внаслідок колапсу менших зірок. Однак темні зірки можуть досягати величезних розмірів — від 1000 до 10 мільйонів сонячних мас — перед тим, як колапсувати в надмасивні чорні діри, які спостерігали астрономи.
Як пояснює Фріс: «Якщо ви починаєте з більших ембріонів, це дійсно має значення». Без таких масивних попередників швидке утворення цих чорних дір залишається загадкою.
Спостереження JWST і несподівані об’єкти
JWST також виявив два незвичайних типи віддалених об’єктів: «маленькі червоні точки» та «блакитні монстри». Як і надмасивні чорні діри, їх існування в такі ранні космічні часи важко пояснити за допомогою звичайних механізмів утворення. Команда Фріса припускає, що насправді це окремі, надзвичайно масивні темні зірки.
Важливо відзначити, що темні зірки залишають унікальний відбиток у своєму світловому спектрі – певну довжину хвилі, яка поглинається завдяки енергії, що виділяється під час анігіляції темної матерії. Початкові спостереження JWST показали натяки на цей підпис у кількох віддалених об’єктах, але докази наразі непереконливі.
Наступні кроки
В даний час докази існування темних зірок непрямі. Хоча спостереження JWST є обнадійливими, для підтвердження їх існування потрібні додаткові дані високої роздільної здатності. У разі підтвердження ці структури не тільки розгадають космологічні таємниці, але й відкриють нове вікно в природу темної матерії.
Зокрема, маса, при якій темні зірки колапсують у чорні діри, залежатиме від властивостей частинок темної матерії, які керують їх знищенням. Це дозволить вченим виміряти або обмежити масу темної матерії, одну з найважливіших невирішених проблем у фізиці.
Як каже Ден Хупер з Університету Вісконсіна-Медісон: «Це не якийсь безперервний доказ, але це дійсно добре обґрунтована річ, яку вони шукають». Пошуки темних зірок рідкісні, але їх відкриття було б надзвичайним.
