2406
Нові спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) виявили об’єкти, які можуть бути першими у Всесвіті “темними зірками” — гігантськими світловими тілами, що живляться не термоядерним синтезом, а анігiляцією темної матерії.
Перші зорі — зовсім не ті, якими ми їх уявляли
У перші сотні мільйонів років після Великого вибуху у Всесвіті формувалися перші зорі — об’єкти, що виникли з первісних хмар водню та гелію. Проте нові дані JWST свідчать, що деякі з них могли бути зовсім іншого типу. Як пояснює Космін Іліє з Колгейтського університету, «надмасивні темні зірки — це величезні, але “пухкі” газові хмари, які сяють завдяки енергії анігіляції темної матерії, а не ядерним реакціям».
Команда Іліє, до якої увійшли Джилліан Полін, Шафаат Махмуд і Кетрін Фріз, повідомляє про чотири надзвичайно віддалені об’єкти, чиї спектри та форма узгоджуються з моделлю надмасивних темних зірок. Серед них — кандидати JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 та JADES-GS-z11-0, спостережені у рамках глибокого огляду JWST JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).
Фізика темних зірок
За моделлю, створеною Фріз, Споляром і Гондоло у 2008 році, темна матерія може складатися з слабко взаємодіючих масивних частинок (WIMPs). Під час зіткнень ці частинки анігілюють, виділяючи енергію, достатню для нагрівання колапсуючих хмар газу. У результаті формується об’єкт, який протистоїть гравітаційному стисканню не завдяки термоядерним реакціям, а теплу темної матерії.
Такі зірки можуть мати мільйонні маси Сонця, сяяти надзвичайно яскраво та жити довше, ніж звичайні зорі, перш ніж колапсувати у надмасивні чорні діри. Це відкриває шлях до пояснення двох великих космологічних загадок:
- чому JWST спостерігає надто яскраві й масивні галактики вже через 300 млн років після Великого вибуху;
- як так швидко з’явилися надмасивні чорні діри, які живлять найдавніші квазари.
На цьому зображенні, зробленому космічним телескопом Джеймса Вебба, висвітлено область, яку досліджує проект JWST “Поглиблене глибоке позагалактичне дослідження” (JADES). Ця область знаходиться в надглибокому полі космічного телескопа “Габбл” і навколо нього. Авторство: NASA, ESA, CSA і M. Zamani (ESA/Webb). Наука: Б. Робертсон (UCSC), С. Таккелла (Кембридж), Е. Кертіс-Лейк (Хартфордшир), С. Карніані (Scuola Normale Superiore) і група JADES.
Перші кандидати: світло з глибин часу
У спектрах чотирьох об’єктів команда виявила ознаки, характерні для темних зірок, включно з можливим поглинанням іонізованого гелію на довжині хвилі 1640 ангстрем (He II 1640 ?). «Одним з найцікавіших моментів було виявлення цієї ознаки у спектрі JADES-GS-z14-0. Хоча сигнал слабкий (S/N?2), це перший випадок, коли ми бачимо потенційну “підпис” темної зірки», — зазначив Іліє.
Об’єкт JADES-GS-z14-1 виявився точковим джерелом — типовим для одиночної зірки, а не для галактики. Інші три кандидати залишаються компактними, але можуть бути оточені туманностями з іонізованого водню та гелію, що додатково підтримує інтерпретацію «темної» природи.
Цікаво, що спостереження за допомогою масиву ALMA показали присутність кисню в тому ж регіоні, що може свідчити про змішане середовище, де темна зірка перебуває в області, багатій на метали. Це, ймовірно, результат злиття гало темної матерії з протогалактикою.
Потенційна нова ера в астрофізиці
Якщо відкриття підтвердиться, воно може стати одним із найбільших проривів у космології після відкриття темної матерії. Надмасивні темні зірки не лише допоможуть пояснити структуру раннього Всесвіту, але й можуть стати природними лабораторіями для дослідження частинок темної матерії.
«Вперше ми маємо спектроскопічних кандидатів на надмасивні темні зірки з червоним зсувом близько 14, тобто лише через 300 мільйонів років після Великого вибуху», — підкреслює Фріз. «Їх маса може перевищувати сонячну у мільйон разів, а залишені ними чорні діри могли стати “насінням” для квазарів, які JWST спостерігає сьогодні».
Новий погляд на ранній Всесвіт
Відкриття цих кандидатів означає, що перші світлові об’єкти у космосі могли бути не звичайними зорями, а дітищами темної матерії. Це підважує класичні уявлення про зоретворення і може з’єднати космологію з фізикою частинок у спільну теоретичну рамку.
Опубліковане дослідження в PNAS стало ключовим кроком до нової галузі — “темної зоряної астрономії”, де спостереження JWST, ALMA та майбутніх телескопів відкриють епоху, коли перші зорі світили не ядерним вогнем, а енергією невидимої матерії, що все ще формує наш Всесвіт сьогодні.
JWST міг знайти перші темні зірки Всесвіту з’явилася спочатку на Цікавості.
