Нову рідкісну зірку “Кайджу” відкрито за допомогою лінзи з темної матерії

Нещодавно відкрита зірка настільки велика, яскрава і дивна, що її поява може вказувати нам на згусток темної матерії в небі.

Названа першовідкривачами Мотрою, вона здається химерно яскравою на небі протягом 10,4 мільярдів років, які їй знадобилися, щоб дістатися до нас. Це відносить її до класу надзвичайно рідкісних зірок “кайджу”: далеких зірок-монстрів з аномально величезною видимою яскравістю, як стверджує команда на чолі з астрофізиком Хосе Дієго з Іспанської національної дослідницької ради в Іспанії.

Відкриття було детально описано в препринті статті, опублікованій на arXiv.

У цій категорії було виявлено ще одну зірку, яка значно яскравіша за Мотру. Її ім’я – Годзілла, її також відкрили Дієго та його колеги, і вона визнана найяскравішою з відомих зірок на небі.

Незважаючи на свої відмінності, ці дві зірки мають деякі інтригуючі подібності, які дозволяють припустити, що масивні згустки темної матерії ховаються в просторі між нами і ними.

Дієго та його команда кажуть, що це може бути зонд, який встановлює обмеження для темної матерії, що, в свою чергу, може допомогти нам звузити уявлення про те, чим насправді є темна матерія.

Зображення JWST дуги, що містить Мотру. (Дієго та ін., arXiv, 2023)

Мотра – більш офіційно відома як EMO J041608.8-240358 – була виявлена під час спостережень за далекою галактикою, зібраних космічним телескопом Джеймса Вебба. Навіть такому потужному телескопу, як JWST, зазвичай важко виокремити окремі зорі в таких величезних прогалинах простору і часу; але ця область простору була сильно збільшена гравітаційною лінзою.

Це відбувається через викривлення простору-часу навколо масивного об’єкта в космосі, такого як галактика або скупчення галактик. Будь-яке світло, що подорожує крізь цей викривлений простір-час, може спотворюватися, дублюватися і збільшуватися. Ця особливість космосу, передбачена теорією загальної відносності Ейнштейна, дозволяє нам бачити більш віддалені об’єкти набагато детальніше, ніж зазвичай дозволяє їхня відстань.

І Ґодзілла, і Мотра знаходяться в ділянках простору, викривлених скупченнями галактик між нами і ними. Це забезпечує деяке збільшення, завдяки чому зорі здаються яскравішими. А вони і так були яскравими об’єктами.

Мотра, позначена як “LS1” в лінзованій дузі світла на кольоровому зображенні з комбінованих даних Габбла і JWST. (Дієго та ін., arXiv, 2023)
Дослідники переглянули архівні дані космічного телескопа “Габбл” і знайшли два спостереження, які зафіксували цю зірку, зроблені з різницею в шість місяців у 2014 році.

Поєднавши ці дані з даними JWST, команда змогла визначити властивості зірки. Згідно з розрахунками Дієго та його колег, Мотра, ймовірно, є бінарною, що складається з двох надгігантських зірок, однієї червоної та однієї синьої.

Червона зоря холодніша і тьмяніша, її температура становить близько 5 000 Кельвінів, а світність – 50 000 Сонць. Синя зоря має набагато гарячішу температуру 14 000 Кельвінів і світність близько 125 000 Сонць.

Але найцікавіше – це збільшення. Скупчення галактик саме по собі не може пояснити збільшення Мотри, яке, за оцінками команди, становить щонайменше 4,000 разів. Існує щось ближче до зірки, що дає їй додаткове збільшення.

Зображення дуги, в якій знаходиться Мотра, зроблені “Габблом”. (Дієго та ін., arXiv, 2023)

Зробивши ще кілька підрахунків, команда виявила, що чим би це не було, воно має розмір карликової галактики або зоряного скупчення – від 10 000 до 2,5 мільйонів разів більшу масу за Сонце. Але ми не можемо його побачити; воно просто не з’являється ні в спостереженнях JWST, ні в спостереженнях Хаббла.

Це наводить на думку команди на думку, що об’єкт може бути карликовою галактикою, яка майже повністю складається з темної матерії. Такий об’єкт не є безпрецедентним. Темна матерія – це невидимий клей Всесвіту, і більшість галактик мають більше темної матерії, ніж звичайної. І вчені виявили об’єкти, які, схоже, здебільшого складаються з цієї таємничої речовини.

Потенційне виявлення згустків темної матерії Годзілли і Мотри, однак, вказує на те, що вони можуть бути відносно поширеними у Всесвіті. І лінзування може бути тим засобом, який ми використовуємо, щоб знайти їх. Це, в свою чергу, може допомогти накласти обмеження на темну матерію.

“Існування цього мільярда повністю відповідає очікуванням стандартної моделі холодної темної матерії, – пишуть Дієго та його команда. “З іншого боку, існування такої маленької субструктури в кластерному середовищі має наслідки для інших моделей темної матерії”.

Наприклад, це виключає існування теплої темної матерії та аксіонної темної матерії – двох інших теорій – за межами певного діапазону мас. Майбутні відкриття зірок кайджу можуть допомогти ще більше звузити цей діапазон.