Масивні сонця, що живляться темрявою, могли бути помічені ще на зорі часів

Три об’єкти, помічені в темряві Космічного Світанку, можуть живитися від зіткнень між частинками, що складаються не зі звичайної зоряної речовини, а з загадкового матеріалу, відомого як темна матерія.

Використовуючи дані космічного телескопа Джеймса Вебба, команда астрофізиків-теоретиків визначила, що три галактики – JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0 – відповідають тому, що можна було б очікувати, якби ми дивилися на колосальні одиночні зірки, що живляться нагріванням темної матерії, а не ядерним синтезом.

За словами Косміна Іліє та Джилліан Паулін з Університету Колгейта і Кетрін Фріз з Техаського університету в Остіні, ця модель може допомогти нам зрозуміти природу темної матерії і пояснити, звідки у Всесвіті з’являється велика кількість надмасивних чорних дір.

У наших знаннях про Всесвіт існує багато прогалин, і темні зірки могли б заповнити деякі з них.

По-перше, темна матерія існує. Ми не знаємо, що таке темна матерія, але знаємо, що вона набагато більша за звичайну матерію, з якої складається майже все, що ми бачимо, від галактик і чорних дір до мурах і печива. Ми знаємо це, тому що бачимо її гравітаційні ефекти – так, ніби існує просто маса, ну, маси, яку ми не можемо побачити або виявити іншим способом.

Інша проблема полягає в тому, що ми ніколи не бачили перших зірок, які згоріли у Всесвіті. Ми бачили докази цього, але не самі зірки.

А ще є надмасивні чорні діри, навколо яких обертаються галактики. Ми не знаємо, як ці об’єкти, маса яких у мільйони й мільярди разів перевищує масу Сонця, стають такими величезними.

Нарешті, з моменту початку роботи в липні 2022 року JWST виявив велику кількість масивних галактик у ранньому Всесвіті. Як ці галактики стали такими великими за такий короткий проміжок часу після Великого вибуху – загадка.

Темні зорі дають чітке рішення. Ми знаємо, що таке звичайні зорі: гігантські кулі з водню та гелію, здебільшого з надзвичайно гарячими ядрами під тиском, в яких атоми стискаються в ядерному синтезі, що генерує тепло і світло.

На думку Іліє та його колег, зірки з темної матерії живляться за рахунок анігіляції темної матерії. Одна з теорій темної матерії полягає в тому, що вона самознищується; коли дві частинки темної матерії стикаються, вони знищують одна одну у взаємному знищенні і сплеску тепла і світла.

Згідно з цією моделлю, у ранньому Всесвіті було б набагато більше темної матерії. Вона могла б створювати згустки в діапазоні мас в мільйон Сонць, знищуючи себе в печі тепла, що випромінює яскравість в мільярд Сонць і яскравість в мільярд Сонць.

JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0, які спостерігалися в перші кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху, відповідають очікуваним характеристикам таких об’єктів.

З часом такі зорі колапсували б у надмасивні чорні діри, що пояснює, чому ми їх більше не бачимо – і чому ми бачимо так багато надмасивних чорних дір.

А ще вони б пояснили, чому не існує зірок першого покоління, хоча зорі майже такого ж віку, як і сам Всесвіт, можна знайти навіть тут, у нашій галактиці. Якщо темні зорі існують, то зорі першого покоління все ще існують, просто вони виглядають зовсім інакше.

Це суто теоретичне припущення, яке ще не підтверджено; для цього потрібні набагато детальніші спостереження. Згідно з розрахунками команди, темні зорі та ранні галактики мали б мати різні гелієві сигнатури, і ми могли б відрізнити їх, спостерігаючи за цими сигнатурами. JWST, однак, наразі є найпотужнішим космічним телескопом з усіх коли-небудь побудованих. Отримання цієї інформації, можливо, доведеться зачекати на майбутні телескопи.

Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences.