W ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu z obłoków wodoru i helu zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy we wszechświecie. Jednakże obserwacje z Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) odsłoniły obiekty we wczesnym Wszechświecie, które są zaskakująco jasne, co stanowi wyzwanie dla konwencjonalnych modeli ewolucji gwiazd i powstawania czarnych dziur. Niedawne badanie kierowany przez naukowców z Colgate University i University of Texas w Austin donosi o identyfikacji czterech niezwykle odległych obiektów, których właściwości są zgodne z teoretycznym nowym typem gwiazd. Badania opublikowane w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauksugeruje, że mogą to być pierwsze zaobserwowane „ciemne gwiazdy” – gigantyczne obiekty gwiazdowe zasilane nie syntezą jądrową, ale anihilacją ciemnej materii.
Nowa teoria ewolucji gwiazd
Teoria ciemnych gwiazd, pierwotnie opracowana przez Katherine Freese i jej współpracowników w artykule z 2008 roku, dostarcza potencjalnego wyjaśnienia tych niezwykłych obiektów kosmicznych. Według teorii, ciemne gwiazdy to rozległe, „puchate” chmury składające się głównie z wodoru i helu. W przeciwieństwie do normalnych gwiazd, które przed zapadaniem się grawitacyjnym opierają się na zewnętrznym ciśnieniu syntezy jądrowej w swoich jądrach, ciemne gwiazdy są zasilane przez inny mechanizm. Ogrzewają się poprzez anihilację znajdujących się w nich cząstek ciemnej materii. Powszechnie uważa się, że ciemna materia składa się z nowego typu cząstek, a głównym kandydatem są słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP). Kiedy te cząstki zderzają się, unicestwiają się nawzajem, odkładając niewielką, ale wystarczającą ilość ciepła w zapadającej się chmurze gazu. Proces ten zapobiega osiągnięciu przez chmurę wystarczającej gęstości, aby zainicjować fuzję, zamiast tego pozwala jej urosnąć do niezwykle jasnego i supermasywnego obiektu. Warunki powstawania ciemnych gwiazd byłyby idealne w halo gęstej ciemnej materii wczesnego Wszechświata.
Analiza kandydatów na obiekty z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Korzystanie z danych z JWST Zaawansowane głębokie badanie pozagalaktyczne (JADES)zespół badawczy zidentyfikował cztery potencjalne obiekty w ekstremalnych odległościach. Kandydaci są wymieniani JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0I JADES-GS-z11-0. Zespół przeanalizował zarówno morfologię, jak i widma tych obiektów, korzystając z teleskopowych instrumentów NIRCam i NIRSpec. Analiza wykazała, że każdy z czterech obiektów jest zgodny z interpretacją supermasywnych ciemnych gwiazd. Morfologicznie, JADES-GS-z14-1 jest nierozpoznana, co oznacza, że wygląda na źródło punktowe, czego można by się spodziewać po pojedynczej, bardzo odległej gwieździe. Pozostałe trzy obiekty są niezwykle kompaktowe. Najbardziej przekonujący dowód pochodzi ze spektrum JADES-GS-z14-0na którym widać oznaki potencjalnej sygnatury „dymiącej broni” ciemnej gwiazdy. Naukowcy odkryli spadek widma zgodny z cechą absorpcji jonów helu przy 1640 Å. Przewiduje się, że ta specyficzna cecha występuje w atmosferach ciemnych gwiazd ze względu na duże ilości pojedynczo zjonizowanego helu. Naukowcy zauważają jednak, że stosunek sygnału do szumu tej cechy jest stosunkowo niski i wynosi około S/N ~2co oznacza, że ustalenia są nadal wstępne. Dane z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) również ujawniły obecność tlenu w tym samym obiekcie, co sugeruje, że może to nie być izolowana pierwotna gwiazda, ale osadzona w środowisku bogatym w metale, prawdopodobnie w wyniku połączenia. Identyfikacja supermasywnych ciemnych gwiazd może pomóc w rozwiązaniu dwóch głównych zagadek astronomii: dlaczego JWST znajduje tak jasne galaktyki we wczesnym Wszechświecie oraz w jaki sposób supermasywne czarne dziury, które zasilały odległe kwazary, powstawały tak szybko.
