Существовали ли когда-нибудь звезды из темной материи? Именно их мог обнаружить телескоп "Джеймс Уэбб"

С помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб", возможно, впервые были обнаружены темные звезды – объекты, которые предположительно существовали на ранних стадиях развития Вселенной и вырабатывали свою энергию за счет распада темной материи.

В исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые проанализировали некоторые из самых старых галактик, которые были обнаружены с использованием телескопа "Джеймс Уэбб", и предложили альтернативное объяснение природы трех из них.

По мнению исследователей, объекты JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z11-0, которые излучали свет в период от 320 до 400 миллионов лет после Большого взрыва, могут быть не галактиками, а крупными звездными точечными телами с концентрацией темной материи внутри них. Их можно назвать темными звездами.

По словам Кэтрин Фриз (Katherine Freese), директора Института теоретической физики Вайнберга при Техасском университете и одного из авторов исследования, если данная гипотеза подтвердится, то это будет открытием колоссального значения для астрофизики. "Открытие нового типа звезд само по себе очень интересно, но подтверждение того, что именно темная материя служит источником энергии для этих объектов, было бы огромным открытием", – сказала она.

Согласно стандартным общепринятым теориям, галактики, образовавшиеся вскоре после возникновения нашей Вселенной, должны были состоять из звезд первого поколения (так называемое Население III) – звезд, гораздо более массивных и недолговечных, чем Солнце. Согласно этим теориям, ранние галактики должны были быть намного меньше современных, ведь они сливались друг с другом и у них было не так много времени для роста.

Однако результаты наблюдений, полученные после первого года работы телескопа "Джеймс Уэбб", опровергли эту теорию. Некоторые из самых старых галактик, зафиксированных прибором, которые излучали свет уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, оказались ярче, чем ожидалось.

Эти расхождения с предыдущими теориями вызвали интерес в научном сообществе, а некоторые исследования указали на то, что теория образования галактик нуждается в коренном пересмотре.

Однако существует и другое возможное объяснение: некоторые из объектов, зафиксированных телескопом "Джеймс Уэбб", возможно, вовсе и не галактики. По мнению Кэтрин Фриз, "если бы некоторые из этих объектов действительно были темными звездами, то наше объяснение образования галактик лучше бы согласовывалось с результатами наблюдений".

Темные звезды представляют собой огромные сферические структуры, размер которых равен миллиону Солнц. Они состоят в основном из водорода и гелия – двух наиболее распространенных элементов во Вселенной, из которых состоят и обычные звезды. Однако, в отличие от обычных звезд, темные звезды содержат внутри себя темную материю, что наделяет их уникальными свойствами.

Во Вселенной существует два типа материи. Обычная материя, состоящая из атомов, из которой состоит все, что существует в космосе: галактики, звезды и планеты. Второй тип материи называется темной. Она преобладает надо обычной в соотношении примерно 6:1, из атомов она не состоит, а её природа до сих пор неизвестна.

Темная материя должна состоять из неких фундаментальных частиц, которые еще не были открыты. Одна из наиболее распространенных версий основана на существовании так называемых вимпов (от английской аббревиатуры WIMP, то есть слабовзаимодействующие массивные частицы). Согласно существующим теориям, эти частицы распадаются при взаимодействии (т.е. функционируют как античастицы).

Обычные звезды, такие как Солнце, уравновешивают давление, создаваемое их собственным весом, источником энергии внутри них – энергией, выделяемой в результате процессов ядерного синтеза, которые продолжаются в течение всей жизни небесного тела.

Однако темные звезды, несмотря на свои огромные размеры, могут иметь низкую плотность. Поэтому в их недрах нельзя достичь температур, необходимых для начала ядерного синтеза. Источником энергии для них могут служить процессы распада частиц темной материи.

Одной из наиболее интересных особенностей предполагаемых темных звезд является то, что в ходе наблюдений с помощью телескопа "Джеймс Уэбб" они будут иметь точечный вид. То есть, в отличие от галактик, они не будут иметь никакой формы.

Именно этот вопрос волновал исследователей из Техасского университета. На основании этого факта, они пришли к выводу, что три предполагаемых объекта, первоначально идентифицированные как галактики, соответствуют точечным источникам света.

Однако, по мнению авторов исследования, для подтверждения существования темных звезд потребуются дальнейшие, гораздо более тщательные наблюдения. В частности, детальный анализ света должен показать характерные следы в спектре этих объектов.

Явным доказательством таких следов могло бы стать обнаружение типичных концентрических колец, которые образуются вокруг точечных источников света при наблюдении в телескопы и называются дисками Эйри.