Tajemnicze źródła energii
Zamiast klasycznych gwiazd wykorzystujących reakcje jądrowe, JWST wykrył cztery niezwykłe obiekty, które pasują do opisu hipotetycznych ciemnych gwiazd. Te egzotyczne struktury miałyby czerpać energię z anihilacji ciemnej materii – jednej z największych zagadek współczesnej fizyki. Koncepcja ciemnych gwiazd nie jest nowa, lecz dopiero teraz pojawiły się pierwsze obserwacyjne przesłanki mogące potwierdzić ich istnienie. Teoretycznie mogłyby one wyjaśnić kilka kosmologicznych paradoksów, w tym pochodzenie supermasywnych czarnych dziur w młodym wszechświecie.
Czytaj też: Pulsar nagle zmienił swoje zachowanie. Astronomowie w starciu z kosmiczną anomalią
Ciemne gwiazdy różnią się fundamentalnie od znanych nam obiektów gwiazdowych. Zamiast fuzji jądrowej, ich źródłem energii ma być oddziaływanie pomiędzy cząstkami ciemnej materii. Choć sama ciemna materia stanowiłaby zaledwie ułamek procenta ich masy, ten niewielki udział wystarczałby do podtrzymywania procesów przez miliony lat.
Nasza początkowa nazwa “ciemna gwiazda” jest myląca. Nie są one ani w całości zbudowane z ciemnej materii, ani nie są ciemne – zauważa Katherine Freese, współautorka badania
Rozmiary takich obiektów mogłyby być niewyobrażalne: największe osiągałyby masę milion razy większą od Słońca, przy jasności miliard razy przewyższającej naszą gwiazdę.
Cztery kandydatki z głębin kosmosu
W ramach przeglądu JADES naukowcy zidentyfikowali cztery obiekty spełniające kryteria ciemnych gwiazd. Najciekawszy z nich, JADES-GS-z14-0, pochodzi z czasów gdy wszechświat liczył sobie zaledwie 290 milionów lat. To tak, jakbyśmy obserwowali kosmiczne niemowlę w porównaniu z obecnym wiekiem wszechświata wynoszącym 13,8 miliarda lat. W widmie tego obiektu znaleziono charakterystyczną sygnaturę absorpcji helu przy długości fali 1640 angstremów. Taka cecha spektralna nie pasuje do żadnego znanego obiektu o podobnym przesunięciu ku czerwieni. Sprawę komplikują obserwacje z teleskopu ALMA w Chile, który wykrył emisję tlenu z tego samego obiektu. Tlen powstaje wyłącznie w gwiazdach zasilanych fuzją jądrową, co stawia pod znakiem zapytania prostą interpretację JADES-GS-z14-0 jako izolowanej ciemnej gwiazdy.
Jednym z możliwych wyjaśnień jest scenariusz hybrydowy, w którym ciemna gwiazda współistnieje ze zwykłymi gwiazdami w bogatym w metale środowisku. Takie rozwiązanie wymagałoby jednak istotnej rewizji obecnych modeli teoretycznych. Nie wszyscy badacze są przekonani do przedstawionej interpretacji. Część astronomów zajmujących się gwiazdami Populacji III podchodzi do koncepcji ciemnych gwiazd z rezerwą. Głównym problemem pozostaje odróżnienie ich od supermasywnych gwiazd pierwotnych, które również mogły istnieć we wczesnym wszechświecie. Zwolennicy teorii ciemnych gwiazd argumentują, że ich obiekty mogłyby żyć znacznie dłużej niż supermasywne gwiazdy pierwotne. Gdyby udało się znaleźć więcej podobnych kandydatów, statystycznie wzrosłaby wiarygodność całej koncepcji.
Ostateczne rozważania
Gdyby istnienie ciemnych gwiazd zostało potwierdzone, mogłoby to rozwiązać kilka poważnych zagadek współczesnej kosmologii. Teleskop Webba zaobserwował we wczesnym wszechświecie więcej bardzo jasnych obiektów niż przewidywały modele. Pojedyncza ciemna gwiazda mogłaby świecić tak jasno jak cała galaktyka zwykłych gwiazd. Co więcej, takie obiekty mogłyby stanowić brakujące ogniwo w ewolucji supermasywnych czarnych dziur. Gdy ciemna gwiazda wyczerpie swoje paliwo, mogłaby się zapadać bezpośrednio w czarną dziurę o masie milionów słońc, tworząc idealny zalążek dla jeszcze większych struktur.
Czytaj też: Odkrycie, które może zmienić historię astronomii. Teleskop Webba znalazł niemożliwe galaktyki
Zespół badawczy pracuje nad automatyzacją procesu wyszukiwania ciemnych gwiazd w danych z teleskopu. Planują również udoskonalenie modeli poprzez uwzględnienie masy cząstek ciemnej materii jako swobodnego parametru. Ostateczne potwierdzenie wymagać będzie jednak znacznie więcej obserwacji spektroskopowych i dalszych analiz. Możliwość istnienia egzotycznych obiektów zasilanych ciemną materią dostarcza astronomom nowego pola do eksploracji i może przyczynić się do lepszego zrozumienia ewolucji wszechświata.