Na początku 2025 roku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zidentyfikował trzy anomalie astronomiczne, które mogą reprezentować radykalnie nową klasę obiektów: ciemne gwiazdy. Pomimo nazwy (nie są ciemne i raczej nie są gwiazdami) te hipotetyczne byty mogą zrewolucjonizować nasze rozumienie powstawania gwiazd i, co najważniejsze, rzucić światło na nieuchwytną naturę ciemnej materii.
Tajemnica ciemnej materii
Ciemna materia stanowi około 27% Wszechświata, ale pozostaje niewykrywalna tradycyjnymi metodami. W przeciwieństwie do zwykłej materii nie oddziałuje ze światłem ani innym promieniowaniem elektromagnetycznym. O jego istnieniu wnioskujemy jedynie na podstawie jego grawitacyjnego oddziaływania na materię widzialną. Pytanie pozostaje otwarte: co to jest?
Wiele teorii sugeruje, że ciemna materia składa się z cząstek, które są swoimi własnymi antycząstkami. Kiedy się zderzają, anihilują, uwalniając ogromne ilości energii. Energia ta jest kluczem do zrozumienia, w jaki sposób ciemne gwiazdy mogą powstawać i świecić.
Jak ciemne gwiazdy mogą świecić
Standardowy model powstawania gwiazd sugeruje, że grawitacja zapada pierwotny wodór i hel, powodując syntezę jądrową. Ale co, jeśli ciemna materia odegrała aktywną rolę? Gdyby gęstość ciemnej materii w tych wczesnych formacjach była wystarczająco wysoka, częste zderzenia cząstek generowałyby ogromne ilości ciepła, uniemożliwiając normalną syntezę jądrową. W rezultacie powstanie obiekt przypominający gwiazdę, zasilany nie przez fuzję, ale przez anihilację ciemnej materii.
Proces ten pozwoliłby tym obiektom świecić znacznie dłużej niż tradycyjne gwiazdy i w niższych temperaturach.
Identyfikacja ciemnych gwiazd
Astronomowie mogą szukać określonych znaków podczas poszukiwania tych obiektów:
- Wiek: Najbardziej odległe (a więc i najstarsze) obiekty będą wykazywać ekstremalne przesunięcie ku czerwieni w widmie światła.
- Skład: Ciemne gwiazdy nie powinny prawie zawierać ciężkich pierwiastków i składać się prawie wyłącznie z pierwotnego wodoru i helu.
- Rozmiar: Oczekuje się, że będą ogromne i potencjalnie obejmą dziesiątki jednostek astronomicznych (odległość między Ziemią a Słońcem). Niektóre mogą nawet osiągać masy od 10 000 do 10 milionów mas Słońca.
- Jasność: Pomimo niskiej temperatury, ze względu na ich ogromne rozmiary, będą wyjątkowo jasne.
Niedawne dane z Teleskopu Jamesa Webba ujawniły obiekty o dużym przesunięciu ku czerwieni, które wymykają się konwencjonalnym wyjaśnieniom, być może sugerując istnienie ciemnych gwiazd.
Od ciemnych gwiazd do czarnych dziur?
Los ciemnej gwiazdy zależy od jej masy. Mniejsze mogą ostatecznie wywołać syntezę jądrową i stać się zwykłymi gwiazdami. Jednak supermasywne ciemne gwiazdy mogą bezpośrednio zapaść się w czarne dziury, co potencjalnie wyjaśnia szybkie powstawanie supermasywnych czarnych dziur obserwowanych w centrach galaktyk, w tym w naszej Drodze Mlecznej. Przykładem jest UHZ-1, czarna dziura, która powstała zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu – zbyt szybko, aby można było to wyjaśnić obecnymi modelami.
Uwaga
Hipoteza ciemnej gwiazdy nie jest pozbawiona sceptyków. Niektórzy naukowcy twierdzą, że sama akrecja materii może wyjaśniać obserwowane anomalie. Potrzebnych jest więcej danych i dopracowanych modeli teoretycznych, aby potwierdzić, czy obiekty te są naprawdę ciemnymi gwiazdami, czy po prostu niezwykłymi galaktykami.
Pomimo niepewności potencjalne konsekwencje są ogromne. Ciemne gwiazdy oferują wyjątkową ścieżkę obserwacyjną do badania ciemnej materii i wczesnych stadiów ewolucji kosmicznej. Jeśli zostanie potwierdzona, nie tylko zmieni to naszą wiedzę na temat powstawania gwiazd, ale także dostarczy kluczowego elementu układanki brakującej masy wszechświata.
