Джеймс Уэбб обнаружил гипотетические звезды, питающиеся темной материей

Первые звезды, вероятно, сильно отличались от тех, что мы видим сегодня. Большинство астрономов считают, что самые первые светила во Вселенной были большими — в сто раз массивнее Солнца — и очень яркими из-за ядерных реакций в своих недрах. Некоторые исследователи, однако, предполагают, что размер и светимость первого поколения звезд является результатом поглощения ими таинственной темной материй – формы материи, которая не взаимодействует со светом и является недоступной для прямого наблюдения. О том, что на просторах Вселенной могут существовать столь необычные объекты, напомнила космическая обсерватория Джеймс Уэбб – недавно астрономы опубликовали снимки трех древних и невероятно больших звезд, с помощью которых можно решить проблемы современной космологической модели и углубить наше понимание темной материи. К тому же, открытие нового типа звезд – событие само по себе интересное.

Джеймс Уэбб обнаружил гипотетические звезды, питающиеся темной материей. Космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, обнаружил «темные звезды» – древние объекты, питающиеся таинственной темной материей. Фото.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, обнаружил «темные звезды» – древние объекты, питающиеся таинственной темной материей

Открытие нового типа звезд само по себе довольно интересно, но открытие того, что их питает темная материя еще более грандиозно, – говорится в заявлении Кэтрин Фриз, соавтора исследования и известного астрофизика из Техасского университета.

Таинственные звезды и темная материя

Темная материя – это концепция в теоретической физике, а потому крайне сложна для изучения. Тот факт, что эта таинственная материя участвует только в гравитационном взаимодействии и не подлежит непосредственному наблюдению, лишь усложняет задачу. Ученые полагают, что она составляет примерно 27% Вселенной и объясняет как формируются галактики и звезды. Были также выдвинуты предположения о том, что темная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые аннигилируют при столкновении, выделяя тепло.

«Столкнувшись в облаке коллапсирующих атомов водорода, энергетические взаимодействия WIMP могут в конечном итоге привести к образованию огромной темной звезды», – объясняют исследователи. Согласно имеющимся оценкам, масса такой звезды может превышать солнечную в миллионы раз, а ее яркость – в десять миллиардов раз.

Таинственные звезды и темная материя. Если темные звезды действительно существуют, то могут объяснить формирование сверхмассивных черных дыр. Фото.

Если темные звезды действительно существуют, то могут объяснить формирование сверхмассивных черных дыр

Более того, темные звезды могут вырастать до поразительно больших размеров, затмевая обычные термоядерные звезды, подобные Солнцу. И если эти объекты действительно существуют, то могут объяснить ранее наблюдаемые крупные галактики, которые образовались в ранней Вселенной – считается, что на их формирование должно было уйти гораздо больше времени.

Выходит, темные звезды – гипотетические объекты, питающиеся темной материей, которая возникла примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва. При этом в случае коллапса такой звезды может образоваться сверхмассивная черная дыра, необходимая для формирования древних галактик.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба?

Астрономы, использующие крупнейшую космическую обсерваторию Джеймс Уэбб считают, что обнаружили таинственные темные звезды, о чем сообщили в работе, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. И хотя для подтверждения наблюдений требуется больше времени и доказательств, результаты нового исследования крайне интересны.

Все потому, что компоненты, необходимые для образования звезд, резко эволюционировали на протяжении истории Вселенной. Так, первые звезды образовались примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва из газовых облаков, состоящих почти полностью из водорода и гелия, а более тяжелые элементы появились позже, после нескольких циклов звездообразования.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Темные звезды – поколение первых светил во Вселенной. Фото.

Темные звезды – поколение первых светил во Вселенной

Отсутствие тяжелых элементов повлияло на то, как эти облака охлаждались и разрушались под действием гравитации. Модели предполагают, что газ в облаках со временем стал достаточно плотным и горячим, чтобы вызвать ядерный синтез (точно так же, как в современных звездах). Однако астрофизики предсказывают, что эти первые звезды – звезды третьей популяции – были чрезвычайно массивными и недолговечными.

Астрономам еще предстоит непосредственно наблюдать звезды третьей популяции III, поэтому вопрос об их формировании остается открытым. В 2008 году Кэтрин Фриз из Техасского университета и ее коллеги предположили, что самые первые звезды подпитывались темной материей. По этой причине они не были уверены в том, будут ли эти объекты излучать достаточно света, чтобы стать видимыми, и назвали их «темными звездами».

Лишь спустя время астрономы подсчитали, что одна темная звезда может быть такой же яркой, как целая галактика. Название ”темная звезда» оказалось неправильным, но нам все равно понравилось, – говорит Фриз.

Согласно модели Фриз, темные звезды формируются в облаках, состоящих в основном из водорода, а доля темной материи в них составляет всего 0,1% от массы. Когда частицы темной материи сталкиваются друг с другом, то могут аннигилировать, высвобождая фотоны, электроны и другие частицы. Большинство этих побочных продуктов остаются в облаке, выделяя тепло и заставляя его светиться.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Объекты, обнаруженные космическим телескопом Джеймс Уэбб. Фото.

Объекты, обнаруженные космическим телескопом Джеймс Уэбб

“Темные звезды – теоретически интригующая идея”, – считает Джулиан Муньос, космолог из Техасского университета, который не принимал участия в новом исследовании. «Самоуничтожение – довольно общий признак многих моделей темной материи, в которых последняя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц», – говорит он.

Согласно модели Фриз, самоаннигиляция WIMP (частиц темной материи) была бы значительным источником энергии в газовых облаках ранней Вселенной с массами, примерно эквивалентными Солнцу. Получившиеся в результате темные звезды имели бы температуру поверхности около 10 000 К, достаточную для того, чтобы заставить их ярко светиться, но недостаточную для предотвращения накопления в них дополнительного вещества.

Именно эти сверхмассивные темные звезды, как утверждает Фриз и ее коллеги, обнаружили в данных, полученных с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб. К настоящему моменту эта космическая обсерватория выявила более 700 объектов, относящихся к самой ранней эпохе звездообразования. На данный момент неясно, что это за объекты, поскольку данные недостаточно точны.

Что именно обнаружил телескоп Джеймса Уэбба? Данные, полученные с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба. Фото.

Данные, полученные с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба

Команда Уэбба, однако, выполнила последующие спектроскопические измерения на небольшой выборке этих объектов – пять из них были обнародованы, и, основываясь на анализе Фриз, три из пяти могут быть темными звездами.

Ошибочная идентификация

Конечно, на камне пока ничего не высечено. По словам авторов исследования, их наблюдения за темными звездами на самом деле могут быть просто галактиками, что кажется более правдоподобным. «Более вероятно, что что-то в рамках стандартной модели нуждается в корректировке, потому что предлагать что-то совершенно новое, как это сделали мы, всегда менее вероятно», – объясняет Фриз.

Но если некоторые из этих объектов, которые выглядят как ранние галактики, на самом деле являются темными звездами, то наше моделирование формирования галактик лучше согласуется с наблюдениями, –отмечают исследователи.

Ошибочная идентификация. Возможно в самом ближайшем будущем ученые смогут доказать существование темных звезд. Фото.

Возможно в самом ближайшем будущем ученые смогут доказать существование темных звезд

Одним из способов однозначной идентификации этих объектов может стать сбор большего количества данных и спектральных особенностей предполагаемых темных звезд. Эти доказательства, вероятно, понадобятся для того, чтобы темные звезды привлекли внимание других астрономов.

Ну а сейчас Фриз и ее команда собираются продолжить наблюдения с помощью Уэбба, чтобы получить возможность подтвердить свои выводы, так что будем ждать новостей.