Teleskop Webba uchwycił trzy możliwe „ciemne gwiazdy”

Zespół astrofizyków przeanalizował zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i znalazł trzy jasne obiekty, które mogą być „ciemnymi gwiazdami”.

Gwiazdy świecą jasno z ciemności kosmosu dzięki fuzji atomów, łącząc się ze sobą i uwalniając energię. Ale co by było, gdyby istniał inny sposób zasilania gwiazdy?

„… Wierzcie lub nie, pojedyncza ciemna gwiazda ma dość światła, by rywalizować z całą galaktyką gwiazd”.

Ciemne gwiazdy, teoretyczne obiekty znacznie większe i jaśniejsze niż nasze Słońce, są zasilane przez anihilujące cząstki ciemnej materii. Jeśli zostanie to potwierdzone, ciemne gwiazdy mogą ujawnić naturę ciemnej materii, jednego z najgłębszych nierozwiązanych problemów fizyki.

mówi Catherine Friese, dyrektor Instytutu Fizyki Teoretycznej Weinberga i kierownik katedry fizyki na Uniwersytecie Teksasu w Austin.

Chociaż ciemna materia stanowi około 25% wszechświata, jej natura umknęła naukowcom. Naukowcy uważają, że składa się z nowego typu cząstek elementarnych, a poszukiwania takich cząstek trwają. Wśród głównych kandydatów są słabo oddziałujące masywne cząstki. Kiedy te cząstki zderzają się, ulegają samozniszczeniu, gromadząc ciepło w zapadających się obłokach wodoru i zamieniając je w jasne, ciemne gwiazdy. Identyfikacja ciemnych, masywnych gwiazd otworzyłaby możliwość identyfikacji ciemnej materii na podstawie jej obserwowanych właściwości.

Wyszukiwanie pojawia się w Obrady Narodowej Akademii Nauk. Wraz z Friese współautorami badania są Cosmin Illy i Jillian Pullen z Colgate University.

Dalsze obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) dotyczące właściwości spektroskopowych obiektów — w tym spadków lub wzrostów natężenia światła w pewnych pasmach częstotliwości — mogą pomóc potwierdzić, czy te kandydujące obiekty są rzeczywiście ciemnymi gwiazdami.

Potwierdzenie istnienia ciemnych gwiazd może również pomóc w rozwiązaniu problemu stworzonego przez JWST: wydaje się, że we Wszechświecie jest zbyt wiele dużych galaktyk zbyt wcześnie, aby pasowały do ​​przewidywań Modelu Standardowego kosmologii.

„Bardziej prawdopodobne jest, że coś w Modelu Standardowym wymaga dostosowania, ponieważ zaproponowanie czegoś zupełnie nowego, tak jak my, jest zawsze mniej prawdopodobne” – mówi Friese. „Ale jeśli niektóre z tych obiektów, które wyglądają jak wczesne galaktyki, są w rzeczywistości ciemnymi gwiazdami, symulacja formowania się galaktyk lepiej zgadza się z obserwacjami”.

Trzy kandydatki na ciemne gwiazdy (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 i JADES-GS-z11-0) zostały pierwotnie zidentyfikowane jako galaktyki w grudniu 2022 r. przez JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Za pomocą spektroskopii zespół JADES potwierdził, że obiekty obserwowano w okresie od około 320 do 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, co czyni je jednymi z najstarszych obiektów, jakie kiedykolwiek widziano.

„Kiedy patrzymy na dane Jamesa Webba, istnieją dwie konkurujące ze sobą możliwości” – mówi Freese. Jednym z nich jest to, że są to galaktyki zawierające miliony zwykłych gwiazd trzeciej klasy populacji. Po drugie, są to ciemne gwiazdy. I wierzcie lub nie, ale jedna ciemna gwiazda ma dość światła, by konkurować z całą galaktyką gwiazd”.

Ciemne gwiazdy mogą teoretycznie urosnąć do masy kilku milionów razy większej od naszego Słońca i osiągnąć jasność 10 miliardów razy większą od Słońca.

Pomysł na ciemne gwiazdy zrodził się w serii rozmów między Freese i Dougiem Spolearem, wówczas absolwentem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Zastanawiali się: co ciemna materia robi z pierwszymi gwiazdami, które powstały we wszechświecie? Następnie skontaktowali się z Paolo Gondolo, astrofizykiem z University of Utah, który dołączył do zespołu. Po kilku latach rozwoju opublikowali w czasopiśmie swój pierwszy artykuł na temat tej teorii Fizyczne listy przeglądowe w 2008.

Fundusze na te badania pochodziły z Biura Fizyki Wysokich Energii Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych oraz z Vetenskapsradet (Szwedzkiej Rady ds. Badań) w Centrum Kosmologicznej Fizyki Cząstek im. Oskara Kleina na Uniwersytecie Sztokholmskim.

źródło: Utah Austin