Учёные представили новые доказательства существования тёмных звёзд

Учёные представили новые данные, которые, по их мнению, являются наиболее убедительными доказательствами существования тёмных звёзд – гигантских звёзд ранней Вселенной, частично питаемых тёмной материей. Гипотеза о существовании тёмных звёзд была впервые выдвинута Кэтрин Фриз из Техасского университета в Остине и её коллегами ещё в 2007 году. Они предположили, что облака водорода и гелия в ранней Вселенной могли смешиваться с самоаннигилирующей формой тёмной материи, образуя массивные, стабильные звёзды. Без тёмной материи такие большие газовые облака коллапсировали бы в чёрные дыры, но энергия от самоаннигиляции тёмной материи предотвращает это, позволяя газу нагреваться и формировать звездоподобные объекты, даже при отсутствии ядерного синтеза, характерного для обычных звёзд.

До 2022 года существовали лишь скудные доказательства существования этих экзотических объектов. Однако, с запуском космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы обнаружили необычно большое количество очень ярких, удалённых объектов, существовавших всего несколько миллионов лет после Большого взрыва. Изначально эти объекты были приняты за галактики. Группа Фриз показала, что три из этих объектов соответствуют нескольким свойствам, предсказанным для тёмных звёзд в симуляциях, таким как схожая форма и интенсивность излучения. Однако тогда отсутствовали детальные спектроскопические данные для окончательного вывода.

Иллюстрация: Dalle

Новые спектроскопические наблюдения этих ранних объектов, проведённые JWST, хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями о том, какими характеристиками должны обладать тёмные звёзды. Более того, были обнаружены ещё два потенциальных кандидата. Один из новых кандидатов содержит намёк на специфический тип гелия – лишённого электрона, – который, если подтвердится, станет уникальным идентификатором тёмных звёзд.

«Если это действительно так, то я не знаю, как ещё это можно объяснить, кроме как тёмной звездой», – говорит Фриз. Однако, по её словам, пока доказательства ограничены.

Тем не менее, не все учёные разделяют энтузиазм Фриз. Даниэль Уэйлен из Университета Портсмута, например, предлагает альтернативное объяснение, утверждая, что сверхмассивные первичные звёзды (теория, не предполагающая наличие тёмной материи) также хорошо соответствуют данным JWST. Он критикует работу Фриз за игнорирование существующих исследований по формированию таких звёзд.

Фриз возражает, утверждая, что единственный правдоподобный способ образования таких массивных звёзд – это сжигание тёмной материи. Отдельные наблюдения объектов, проведённые с помощью Большого миллиметрового/субмиллиметрового массива Атакама (ALMA) в Чили, указывают на наличие кислорода. Поскольку этот элемент не должен присутствовать в тёмных звёздах, Фриз предполагает, что к данным о тёмных звёздах примешаны данные о других звёздах или их компаньонах. Уэйлен же видит в наличии кислорода явный признак того, что эти объекты не могут быть тёмными звёздами, поскольку их формирование было бы нарушено взрывами обычных звёзд в сверхновых.

Если же предположение Фриз и её коллег подтвердится, то это может помочь разрешить ещё одну космическую загадку – обилие очень больших чёрных дыр, недавно обнаруженных JWST. Согласно современным представлениям, такие чёрные дыры могут существовать только в том случае, если они образуются из чрезвычайно больших скоплений материи, но в ранней Вселенной ничего достаточно большого для этого не должно было быть – кроме тёмных звёзд. Таким образом, открытие тёмных звёзд может стать ключом к объяснению ряда нерешённых астрофизических проблем.