Астрономы, возможно, обнаружили первые во Вселенной звезды, питаемые темной материей

Новые данные астрономических наблюдений указывают на то, что первые звезды во Вселенной могли сильно отличаться от обычных солнц, питаемых термоядерным синтезом. Не исключено, что это были огромные «сверхмассивные темные звезды», питаемые аннигиляцией темной материи. Эти колоссальные водородно-гелиевые сферы могут объяснить как существование неожиданно ярких ранних галактик, так и происхождение первых сверхмассивных черных дыр.

В ранней Вселенной, спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, из огромных облаков водорода и гелия возникли первые звезды. Недавние наблюдения с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба позволяют предположить, что некоторые из них могли отличаться от хорошо известных астрономам звезд с ядерным синтезом. Новое исследование ученых из США выявило четыре чрезвычайно далеких объекта, внешний вид и спектральные характеристики которых совпадают с описанием сверхмассивных темных звезд.

Сверхмассивные темные звезды — это огромные и чрезвычайно яркие облака, состоящие преимущественно из водорода и гелия. От гравитационного коллапса их удерживает ничтожно малое количество аннигилирующей темной материи внутри них. Сверхмассивные темные звезды и их остатки — черные дыры — могут стать ключом к решению двух загадок современной астрономии: загадки более крупных, чем ожидалось, чрезвычайно ярких, но компактных и очень далеких галактик; и загадки происхождения сверхмассивных черных дыр, питающих самые далекие наблюдаемые квазары.

Считается, что темная материя составляет примерно четверть Вселенной, но ее природа остается одной из величайших загадок науки. Исследователи полагают, что она состоит из до сих пор не обнаруженного типа элементарных частиц. Десятилетия экспериментов были посвящены поиску этих частиц, но пока безрезультатно. Один из главных кандидатов на эту роль — вимпы, или слабовзаимодействующие массивные частицы. При столкновении двух вимпов происходит аннигилляция с выделением энергии, которая могла бы нагреть коллапсирующие водородные облака и заставить их сиять как яркие темные звезды.

Спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, в плотных областях, называемых гало темной материи, по-видимому, существовали идеальные условия для образования таких звезд. В этих же областях могло появиться и первое поколение обычных звезд, пишет Science Daily.

Проанализировав снимки «Уэбба», ученые впервые увидели на них спектроскопические сигналы кандидатов в сверхмассивные темные звезды. По их словам, таким объектам, имеющим массу в миллион раз больше массы Солнца, очень трудно найти другое объяснение.

Команда изучила спектры и морфологию четырех самых далеких объектов астрономического наблюдения: JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0 и JADES-GS-z11-0, и обнаружила, что каждый из них согласуется с интерпретацией сверхмассивной темной звезды.

«Одним из самых захватывающих моментов этого исследования стало обнаружение резкого спада поглощения на 1640 ангстрем в спектре JADES-GS-z14-0. Хотя отношение сигнал-шум для этой особенности относительно низкое (S/N ~ 2), мы впервые обнаружили потенциальный неопровержимый признак темной звезды. Что само по себе примечательно», — сказал Космин Илие из Университета Колгейт.

Обнаружение сверхмассивных темных звезд открыло бы перед учеными возможность изучения частиц темной материи на основе наблюдаемых свойств этих объектов и положило бы начало новой области астрономии: изучению звезд, питаемых темной материей.