Телескоп «Джеймс Уэбб», вероятно, увидел объекты из ранней Вселенной, светящиеся за счёт аннигиляции тёмной материи, а не термоядерного синтеза
iXBT.com ·
Тёмные звёзды — гипотетические объекты, которые могли образоваться примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва. В отличие от обычных звёзд на термоядерном синтезе, они питались бы аннигиляцией частиц тёмной материи. Состоящие только из водорода и гелия, без синтеза внутри они почти не разогреваются — температура поверхности сравнима с солнечной, — но за счёт огромного радиуса способны достигать миллиона солнечных масс и миллиарда солнечных светимостей. Одиночная тёмная звезда из ранней Вселенной может светить как целая галактика, полная обычных звёзд.
Тёмные звёзды — гипотетические объекты, которые могли образоваться примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва. В отличие от обычных звёзд на термоядерном синтезе, они питались бы аннигиляцией частиц тёмной материи. Состоящие только из водорода и гелия, без синтеза внутри они почти не разогреваются — температура поверхности сравнима с солнечной, — но за счёт огромного радиуса способны достигать миллиона солнечных масс и миллиарда солнечных светимостей. Одиночная тёмная звезда из ранней Вселенной может светить как целая галактика, полная обычных звёзд.
Профессор Кэтрин Фриз (Katherine Freese), директор Вайнберговского института теоретической физики Университета Техаса в Остине, объясняет механизм: первые звёзды формировались в среде, исключительно богатой тёмной материей, в центрах ранних протогалактик. Облака водорода коллапсировали, будучи погружёнными в большой резервуар тёмной материи, и цепочка реакций превращала её частицы в фотоны. Эти фотоны «застревали» в коллапсирующем газе, передавая ему энергию, которой прежде обладала тёмная материя. Источник оказывался достаточным, чтобы «собраться» в звезду. Сама звезда лишь на 0,1% состоит из тёмной материи: название «тёмная звезда» указывает на источник энергии, а не на состав.
Тёмная звезда живёт, пока находится в богатой тёмной материей среде — от миллионов до миллиардов лет. Если она покидает такую область, то начинается коллапс. Компактные тёмные звёзды могут при этом зажечь термоядерное ядро, а крупные, массой около миллиона солнечных, коллапсируют в чёрную дыру. Это даёт возможное объяснение сверхмассивным чёрным дырам, обнаруженным в ранней Вселенной: миллионные «зёрна» от коллапса тёмных звёзд могли сливаться в объекты с миллиардом солнечных масс значительно быстрее, чем позволяют сценарии на основе обычных звёзд.
На данный момент телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) зафиксировал около 700 вероятных объектов эпохи космического рассвета, но спектры измерены лишь для девяти, и только пять из них уже подробно изучены и публично доступны. Один объект однозначно идентифицирован как ранняя галактика — в его спектре присутствуют линии множества элементов. Ещё три кандидата могут быть как тёмными звёздами, так и галактиками: существующего качества данных недостаточно. Одним из ключевых признаков должно служить отсутствие в спектре тёмной звезды линий элементов тяжелее водорода и гелия. Дальнейший поиск планируется вести с использованием гравитационного линзирования — эффекта, при котором масса на луче зрения усиливает и увеличивает отдалённый источник.