Телескоп Джеймса Вебба помітив зірки, що ймовірно живляться темною матерією

Космічний телескоп Джеймса Вебба помітив об’єкти у ранньому Всесвіті, які можуть бути новим типом зірок — такими, що живляться темною матерією. SPEKA розповідає, що таке темна матерія, чому її існування досі остаточно не доведене та що означає це відкриття. 

Що помітив телескоп Джеймса Вебба та що таке темна матерія 

Група вчених проаналізувала зображення, які надав апарат, і стверджує, що знайшла три місця, де можуть бути темні зірки. Відповідну працю «Надмасивні кандидати у темні зірки, побачені телескопом Джеймса Вебба» оприлюднили в американській Національної академії наук у липні 2023 року.

Концепцію темних зірок вперше запропонувала космологиня Кетрін Фріз. Вважається, що це один із перших типів зірок, які утворилися у Всесвіті. Хоча темні зірки ще не спостерігали, думають, що вони живляться теплом від взаємодії з темною матерією, а не реакціями ядерного синтезу, як, наприклад, Сонце. 

Водночас саме темною матерією вчені пояснюють розбіжність між масами галактик та всього Всесвіту та масою видимої у них матерії — твердих речовин, газу й пилу з міжзоряного та міжгалактичного середовища. 

Що відомо про темні зірки та якою була б їхня будова

«Темні зірки виглядали б дуже дивно», — каже Кетрін Фріз із Техаського університету в Остіні. Гіпотетичні зірки могли б утворитися з хмар водню та гелію, які втягували велику кількість темної матерії під час об’єднання. Хоча справжня природа темної матерії невідома: її присутність зазвичай визначають через її вплив на те, як зірки рухаються у галактиках та створюють так звані гравітаційні хвилі.

Також вчені припускають, що частинки темної матерії можуть взаємодіяти між собою, знищуючи одна одну під час зіткнення та виробляючи величезну кількість світла та тепла. Саме завдяки цьому хмара водню та гелію не конденсується у щільне гаряче ядро, подібне до відомих нам зірок.

У такому разі темні зірки могли б зрости до гігантських розмірів. Теоретично вони можуть бути у 10 разів ширші за орбіту Землі навколо Сонця. А також бути в мільйони разів масивнішими за Сонце та світити в мільярди разів яскравіше, саме тому потенційно достатньо яскраво, щоб їх помітив телескоп Джеймса Вебба. 

Що побачила на знімках Вебба Кетрін Фріз та її команда 

Фріз та її колеги вивчили зображення ранніх галактик. На таких зображеннях телескоп Вебба виявив понад 700 об’єктів, які, можливо, виникли у перші кілька сотень мільйонів років існування Всесвіту — епохи, коли мали з’явитися темні зірки. Світло від цих віддалених об’єктів зміщується в спектрі червоного кольору у міру розширення Всесвіту. Тож Фріз та її колеги зосередилися на чотирьох об’єктах, які є одними з найстаріших, які бачили на сьогодні.

Зараз вони вважаються невеликими галактиками з відносного «дитинства» Всесвіту. Але оскільки вони так далеко, телескоп не може їх розрізнити достатньо добре, щоб визначити, чи є вони насправді галактиками чи великими надяскравими зірками.

Команда провела комп’ютерне моделювання того, скільки світла може виробляти гіпотетична темна зірка на різних довжинах хвиль. Вони порівняли ці спектри зі світлом із зображень, зібраних телескопом Вебба. Дані від трьох із цих об’єктів узгоджуються з імітацією темних зірок.

Чи можуть об’єкти бути не темними зірками та що означає це відкриття

Деякі вчені налаштовані скептично. Відомі типи зірок також можуть створювати подібне світло, каже Сандро Такчелла, астрофізик з Кембриджського університету. Також ідентифікація будь-якого з об’єктів як темної зірки вимагала б, щоб моделі добре підходили до більш детальних спектрів. 

Проте, якби темні зірки вдалося знайти, «це було б революційно», — каже співавтор дослідження, астрофізик Космін Ілі. 

Виявлення темних зірок підтвердить існування частинки темної матерії та натякне на те, як вона працює. «Отримати лише інформацію про те, що темна матерія є чимось, що може анігілювати, було б справді, дуже потужно», — каже Трейсі Слейтер, фізик-теоретик з МІТ, яка не брала участі в дослідженні. Ці знання можуть допомогти вченим шукати темну матерію деінде у Всесвіті, каже вона.

Темні зірки також можуть допомогти пояснити утворення надмасивних чорних дір. За версією вчених, коли темна матерія всередині зірки анігілює сама себе, водень і гелій, що залишився, — маса яких у мільйони разів перевищує масу Сонця у відносно компактному просторі — згортається в собі й утворює чорну діру. Згодом ці чорні діри можуть злитися у подібні до тих, що розташовані у центрі більшості галактик.