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.

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".

Marek Matacz