Teleskop Kosmiczny Webba mógł dostrzec gwiazdy z ciemnej materii

Gwiazdy, jakie znamy, świecą dzięki jądrowej fuzji, w której atomowe jądra, głównie wodoru łączą się z sobą, wydzielając energię – przypominają naukowcy z University of Texas w Austin (USA).

W najnowszej pracy opublikowanej na łamach „Proceedings of the National Academy of Sciences” (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305762120) opisali oni tymczasem trzy zauważone przez Teleskop Jamesa Webba obiekty, które mogą być tzw. ciemnymi gwiazdami.

To przewidziane teoretycznie gwiazdy zasilane cząstkami ciemnej materii ulegającymi anihilacji, czyli zamianie w energię.

Jeśli udałoby się potwierdzić ich istnienie, mogłyby to pomóc w odkryciu jednej z największych tajemnic nauki - wskazać naturę ciemnej energii.

„Zauważenie nowego typu gwiazdy samo w sobie jest dość interesujące, ale gdyby okazało się, że to ciemna materia ją napędza, byłoby to coś naprawdę niezwykłego" - powiedziała autorka publikacji, prof. Katherine Freese.

Co obejmuje ciemna materia

Ciemna materia obejmuje ok. 25 proc. masy Wszechświata. Uważa się, że składa się ona z nieznanego rodzaju cząstek elementarnych, których specjaliści cały czas poszukują.

Według jednej z teorii może być zbudowana z masywnych, słabo oddziałujących z sobą cząstek, które, gdy się spotkają – anihilują, czyli całkowicie zamieniają się w energię.

Uwolnione promieniowanie rozgrzewałoby z kolei otaczające ciemną materię obłoki wodoru, tworząc jasno świecącą gwiazdę.

Przedstawione przez badaczy trzy obiekty powstały między 320 i 400 mln lat po Wielkim Wybuchu, co czyni je jednymi z najwcześniejszych ciał, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.

Pierwotnie, w grudniu 2022 roku, były zaklasyfikowane jako galaktyki. Teoretycznie bowiem ciemne gwiazdy mogą osiągnąć masę kilku milionów mas Słońca i świecić nawet 10 miliardów jaśniej.

„Kiedy analizujemy dane z Teleskopu Jamesa Webba, widzimy dwie rywalizujące ze sobą możliwości odnośnie tych obiektów" – mówi prof. Freese.

"Pierwsza jest taka, że są to galaktyki zawierające miliony zwykłych gwiazd z populacji III. Druga teoria mówi, że są to ciemne gwiazdy. Uwierzcie lub nie, jedna ciemna gwiazda ma wystarczająco dużo światła, aby konkurować z całą galaktyką” – podkreśla.

Badacze zdają sobie sprawę, że ich teoria jest kontrowersyjna.

„Jest bardziej prawdopodobne, że coś w obrębie standardowego modelu wymaga dostrojenia, ponieważ zaproponowanie czegoś zupełnie nowego, jak my to zrobiliśmy, zawsze wiąże się z mniejszym prawdopodobieństwem trafności. Jednak, jeśli niektóre z tych obiektów, które wyglądają jak wczesne galaktyki, są faktycznie ciemnymi gwiazdami, to symulacje powstawania galaktyk lepiej zgadzają się z obserwacjami" – wyjaśnia prof. Freese.

Idea istnienia ciemnych gwiazd wywodzi się z serii rozmów między prof. Freese Douglasa Spolyara – ówczesnego doktoranta na University of California w Santa Cruz.

Duet naukowców zastanawiał się, co mogła robić ciemna materia z pierwszymi gwiazdami, które powstały we Wszechświecie. Następnie skontaktowali się oni z Paolo Gondolo - astrofizykiem z University of Utah, który dołączył do zespołu. Po kilku latach badań, naukowcy, w 2008 roku opublikowali swoją pierwszą pracę na ten temat w czasopiśmie "Physical Review Letters”.