Cała Ziemia i wszyscy jej mieszkańcy zbudowani są z materii zwanej barionową. Bariony to protony i neutrony, składniki każdego jądra atomowego. Jednak naukowcy przypuszczają, że poza nią w kosmosie istnieje jeszcze inny rodzaj materii.
To tak zwana ciemna materia. Nazywa się tak, ponieważ nie emituje światła widzialnego ani żadnego innego promieniowania elektromagnetycznego. Oddziałuje ze zwykłą materią wyłącznie za pośrednictwem siły grawitacji.
Istnienie ciemnej materii zaproponował astronom Fritz Zwicky w 1933 roku. Badając gromadę galaktyk w Warkoczu Bereniki, zorientował się, że przy danej prędkości ich masa musi być znacząco niedoszacowana. W galaktykach musiało znajdować się bardzo dużo całkowicie niewidocznej materii. Już wówczas pojawiły się przypuszczenia, że może ona tworzyć obiekty, które nazwano ciemnymi gwiazdami. A także planety i całe galaktyki zbudowane z ciemnej materii.
Czy to gwiazdy z ciemnej materii? / ryc. Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2305762120
Pomysł Zwicky’ego został później wsparty wieloma innymi dowodami pośrednimi. Bezpośrednich na razie brak. Naukowcy rozwijają teorie opisujące, z jakich dokładnie cząstek mogłaby składać się ciemna materia. Wracają również do koncepcji ciemnych gwiazd.
Poszukiwanie ciemnych gwiazd
Jej orędownikami są Cosmin Ilie, Jillian Paulin i Katherine Freese z Uniwersytetu Colgate i Uniwersytetu Teksańskiego. Badaniem ciemnych gwiazd zajmują się od 2007 roku. Od tego czasu tworzą modele takich obiektów i próbują opisać ich właściwości.
Według nich ciemne gwiazdy musiały narodzić się na samym początku Wszechświata. Jak zwykłe gwiazdy, składały się z wodoru i helu z dodatkiem ciemnej materii. To ona stanowiłaby źródło ciepła, ponieważ wewnątrz tych gwiazd nie dochodziłoby do fuzji jądrowej. Za to byłyby ogromne. Oglądane przez obiektywy ziemskich teleskopów mogłyby wyglądać jak galaktyki.
Czy coś takiego może istnieć? W najnowszym numerze czasopisma naukowego „PNAS” Illie, Paulin i Freese twierdzą, że tak. Opisują w nim trzy galaktyki zaobserwowane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba. Zdaniem trojga naukowców, galaktyki JADES-GS-z11, z12 i z13-0 mają charakterystyki zbliżone do właściwości opisywanych przez nich ciemnych gwiazd.
Najstarsze galaktyki we Wszechświecie
Przed pojawieniem się Teleskopu Webba naukowcy zajmujący się pierwszym okresem istnienia Wszechświata mogli jedynie tworzyć modele teoretyczne. Przyjmowali, że w ciągu kilku pierwszych setek milionów lat chmury wodoru zagęszczały się i zapadały grawitacyjnie, tworząc zwykłe gwiazdy. Według Illie, Paulin i Freese równocześnie formowały się ciemne gwiazdy. Źródłem ich energii byłaby ciemna materia, a nie fuzja wodoru.
W jaki sposób ciemna materia miałaby rozgrzewać gwiazdę? „Jeśli cząstki ciemnej materii są swoimi własnymi antycząstkami, wtedy ich anihilacja stanowi źródło ciepła (…), tworzące nowy rodzaj gwiazdy, ciemną gwiazdę” – piszą badacze. „Znajdowałaby się ona w równowadze termicznej i hydrostatycznej”. Co interesujące, ciemnej materii wcale nie musiałoby w nich być dużo. „Składałyby się głównie z wodoru i helu z niewielką domieszką ciemnej materii, stanowiącą poniżej 0,1 procent ich masy” – wyjaśniają.
Nieznany rodzaj gwiazd
„Niektóre z kandydatek na najstarsze galaktyki odkryte dzięki Teleskopowi Webba mogą być w rzeczywistości ciemnymi gwiazdami” – kontynuują naukowcy w swojej pracy. Miałyby być ogromne, rozmyte i wyjątkowo jasne. Ich masa mogłaby być większa od masy Słońca dziesięć milionów razy. Ich jasność odpowiadałaby jasności Słońca pomnożonej przez dziesięć miliardów.
Takie właściwości sprawiałyby, że ciemne gwiazdy „mogłyby zostać dostrzeżone przez Teleskop Webba” – napisali badaczy. Są oni zdania, że ich teoria wyjaśnia również, skąd we Wszechświecie wzięło się tyle czarnych dziur. „Kiedy ciemna materia się wyczerpie i supermasywna ciemna gwiazda umrze, zapada się do czarnej dziury. Tym samym ciemne gwiazdy mogą wyjaśniać, dlaczego we wczesnym wszechświecie obserwuje się supermasywne czarne dziury” – twierdzą Illie, Paulin i Freese.
Ich teoria wyjaśnia również, dlaczego ciemnych gwiazd nie udało się dostrzec do tej pory. Ich zdaniem przed pojawieniem się Telekopu Webba, nie istniało odpowiednio czułe obserwatorium, zdolne zarejestrować światło z początków Wszechświata.
