Ученые Колгейтского и Техасского университетов обнаружили потенциальные доказательства существования сверхмассивных темных звезд благодаря данным космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST). Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Предполагается, что темные звезда (DS) представляют собой гигантские объекты, состоящие из водорода, гелия и небольшой доли темной материи (0,1 процента) и достигающие размера 10 астрономических единиц (а.е.). Источником энергии для этих звезд, чья температура поверхности достигает 10 тысяч кельвинов, служат не реакции термоядерного синтеза, а взаимная аннигиляция слабо взаимодействующих массивных частиц темной материи — вимпов (WIMP), — которые являются их собственными античастицами. Темные звезды могли существовать в ранней Вселенной, в центрах протогалактик, а их яркость была сравнима с яркостью миллиарда Солнц.
Ранее телескоп Джеймса Уэбба обнаружил большое количество чрезвычайно ярких кандидатов в галактики с большим красным смещением, что представляет собой проблему для стандартной космологической модели Λ CDM. Авторы статьи предполагают, что некоторые из этих кандидатов на самом деле могут быть темными звездами, поскольку JWST не может исключить интерпретацию этих объектов как точечных источников, а полученные спектры соответствует тем, что следовало ожидать от DS.
Согласно стандартной модели, первые звезды, относящиеся к населению III, образовались через 100-400 миллионов лет после Большого взрыва, в результате гравитационного коллапса гигантских молекулярных облаков. Они росли в результате аккреции, достигая массы около тысячи масс Солнц, заселяя первые галактики, а затем вспыхивая в виде сверхновой. Темные звезды образуются схожим образом, в результате коллапса облаков, однако находящаяся в этих облаках темная материя препятствует дальнейшему сжатию за счет энергии аннигиляции вимпов.
Ученые обнаружили трех кандидатов в галактики с большим красным смещением, которые пока что удовлетворяют критериям темной звезды — JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0. Даже при мощностях телескопа Уэбба эти объекты выглядят как точечные источники, что и следует ожидать от объекта диаметром 10 а.е. Спектры кандидатов сильно зашумлены, поэтому спектральные линии выявлены не были, а фотометрические данные (поток и интенсивность света на разных длинах волн) соответствуют темной звезде с вероятностью 95 процентов.
Исследователи предложили способ будущего подтверждения, что эти объекты являются темными звездами. Во-первых, в их спектре должна находиться линия поглощения He II λ1640, которая отсутствует в спектрах ранних галактик. Во-вторых, сами спектры темных звезд и галактик должны отличаться на длинах волн более пять микрометров. В-третьих, выявление узора Эйри, то есть серии колец, возникающих в результате дифракции света, подтвердит, что эти объекты действительно являются точечными источниками. Однако это будет возможно сделать с помощью более совершенных астрономических инструментов.