Αστέρια που τροφοδοτούνται από σκοτεινή ύλη μπορεί να έχουν δει από το JWST - Physics World

Ένα τρίο αμερικανών αστρονόμων έχει βρει αδιάσειστα στοιχεία για την ύπαρξη «σκοτεινών αστεριών» – υποθετικών αντικειμένων που τροφοδοτούνται από την εξόντωση της σκοτεινής ύλης. Τα σκοτεινά αστέρια θα μπορούσαν να εξηγήσουν την απροσδόκητη αφθονία των αρχαίων γαλαξιών που είδαν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST).  Katherine Freese στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ώστιν μαζί με Cosmin Ilie και  Τζίλιαν Πολίν στο Πανεπιστήμιο Colgate χρησιμοποίησε δεδομένα JWST για να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι τρεις από αυτούς τους γαλαξίες μπορεί στην πραγματικότητα να είναι σκοτεινά αστέρια.

Λιγότερο από δύο χρόνια από την κυκλοφορία των πρώτων του εικόνων, το JWST έχει ήδη αλλάξει την κατανόηση των αστρονόμων για το πρώιμο σύμπαν. Μεταξύ των πιο εκπληκτικών παρατηρήσεών του ήταν ο τεράστιος αριθμός εξαιρετικά φωτεινών, αρχαίων γαλαξιών, που θα είχαν σχηματιστεί σε περιοχές πλούσιες σε σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη είναι μια υποθετική ουσία που επικαλούνται οι φυσικοί για να εξηγήσουν τη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος. Αν και δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ άμεσα, είναι μέρος του τρέχοντος τυπικού μοντέλου της κοσμολογίας - το μοντέλο λάμδα ψυχρής σκοτεινής ύλης (ΛCDM). Αυτό περιγράφει τη δομή και τη διαστολή του σύμπαντος, ενώ υπολογίζει τη βαρυτική επίδραση της σκοτεινής ύλης.

Θέρμανση σκοτεινής ύλης

Σε 2007, Ο Freese και οι συνεργάτες του πρότειναν την πιθανότητα των «σκοτεινών αστεριών», που μπορεί να ήταν κοινό στο πρώιμο σύμπαν. Ενώ αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο, αυτά τα εξωτικά αστέρια θα τροφοδοτούνται από «θέρμανση της σκοτεινής ύλης» και όχι από πυρηνική σύντηξη. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει έναν τύπο σκοτεινής ύλης που ονομάζεται ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια (WIMPs). Τα WIMP έχουν αποφύγει την ανακάλυψη για δεκαετίες σε πειράματα ανίχνευσης με βάση τη Γη, αλλά σύμφωνα με την ομάδα του Freese, η καθαρή πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στο πρώιμο σύμπαν θα μπορούσε να τα κάνει να αλληλεπιδρούν πολύ πιο συχνά με την κανονική ύλη κατά τη διάρκεια του σχηματισμού μερικών από τα πρώτα αστέρια.

Στο πρώιμο σύμπαν, «τα WIMP θα μπορούσαν να είχαν εκμηδενιστεί σε φωτόνια, ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και άλλα σωματίδια, τα οποία συγκρούστηκαν με το υδρογόνο στα σύννεφα που καταρρέουν», εξηγεί ο Freese. «Αυτά τα σωματίδια στη συνέχεια κολλάνε μέσα στο σύννεφο και εναποθέτουν όλη την ενέργεια από τη μάζα των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης στο σύννεφο. Το σύννεφο τότε σταματά να καταρρέει και αντ' αυτού μετατρέπεται σε ένα «σκοτεινό αστέρι».

Τα σκοτεινά αστέρια είναι αστέρια με κάθε έννοια, καθώς η τεράστια βαρύτητα του ψυχρού υλικού τους που πέφτει εξισορροπείται τέλεια από την εξωτερική υδροστατική πίεση, που δημιουργείται από διαδικασίες απελευθέρωσης ενέργειας στο εσωτερικό τους. Παρόλα αυτά, ο Freese λέει ότι έχουν αρκετές βασικές διακρίσεις από τους κανονικούς σταρ.

Δροσερό παντού

«Δεν έχουν πυρήνες, σε αντίθεση με τα αστέρια που κινούνται με σύντηξη, τα οποία χρειάζονται υψηλές θερμοκρασίες για να πραγματοποιηθεί η σύντηξη», εξηγεί ο Freese. «Τα σκοτεινά αστέρια είναι δροσερά παντού, συμπεριλαμβανομένης της επιφάνειας, έτσι ώστε να μην παράγουν ιονιστικά φωτόνια ή ανέμους που θα τους εμπόδιζαν να αυξήσουν τη μάζα τους».

Ως αποτέλεσμα, ο Freese και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν ότι τα σκοτεινά αστέρια έχουν μέγεθος μπαλονιού σε περίπου 10 AU, και εκατομμύρια ηλιακές μάζες. Αυτό επιτρέπει στα αστέρια να τραβήξουν ακόμη περισσότερα σωματίδια σκοτεινής ύλης. Κατά τη διαδικασία, ένα «υπερμεγέθη» σκοτεινό αστέρι (SMDS) μπορεί να γίνει αρκετά φωτεινό ώστε να υπερκαλύπτει έναν ολόκληρο γαλαξία.

Συνήθως, οι γαλαξίες μπορούν εύκολα να διακριθούν από τα αστέρια αφού καταλαμβάνουν εκτεταμένες περιοχές του διαστήματος, ενώ τα αστέρια εμφανίζονται ως μεμονωμένα σημεία φωτός. Ωστόσο, σε τόσο τεράστιες αποστάσεις, ακόμη και το JWST δεν έχει αρκετά υψηλή ανάλυση για να διακρίνει μεταξύ άστρων και γαλαξιών. Εάν η Freese και οι συνεργάτες της έχουν δίκιο, αυτό θα υποδηλώνει ότι οι αρχαίοι γαλαξίες εμφανίζονται τόσο πολλοί στα δεδομένα του JWST επειδή πολλοί από αυτούς είναι SMDS.

Γραμμές απορρόφησης

Για να αναζητήσουν στοιχεία για SMDS, η τριάδα εξέτασε δεδομένα από την JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Στην έρευνα, αναζήτησαν ενδείξεις φωτός σε συγκεκριμένα μήκη κύματος που απορροφάται από υποψήφια αστέρια. Συγκεκριμένα, τους ενδιέφερε η γραμμή απορρόφησης ηλίου-II των 1640 nm, η οποία παρατηρείται συχνά στα φάσματα των καυτών, φωτεινών άστρων.

«Μια γραμμή απορρόφησης ηλίου-ΙΙ θα ήταν ένα όπλο καπνίσματος για ένα σκοτεινό αστέρι, καθώς οι γαλαξίες δεν θα παράγουν τέτοιες γραμμές», λέει ο Freese. «Αν βρεθούν άλλα στοιχεία εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο, τότε δεν είναι σκοτεινό αστέρι».

Είχε η σκοτεινή ύλη μια ανατριχιαστική επίδραση στο πρώιμο σύμπαν;

Καθώς έψαξαν με το JADES, εντόπισαν αρκετά αντικείμενα που ταίριαζαν πολύ με τα κριτήρια SMDS τους. «Διαπιστώσαμε ότι τρία από αυτά ταιριάζουν καλά με τα SMDS», συνεχίζει ο Freese. «Έχουν τα σωστά φάσματα, αν και η ανάλυση του ανιχνευτή δεν μπορεί ακόμη να πει αν πρόκειται για σημειακά ή εκτεταμένα αντικείμενα».

Στο μέλλον, η ομάδα ελπίζει ότι το JWST θα συλλέξει υποψηφίους SMDS που έχουν μεγεθυνθεί με βαρυτικό φακό – κάτι που μπορεί να ενισχύσει την ανάλυση αρκετά υψηλή ώστε να επιβεβαιώσει ότι τα αντικείμενα είναι πράγματι μεμονωμένα φωτεινά σημεία, αντί για εκτεταμένους γαλαξίες. «Εάν μερικά από αυτά τα πρώιμα αντικείμενα είναι σκοτεινά αστέρια αντί για γαλαξίες, αυτό θα βοηθούσε στη διατήρηση της συνέπειας των παρατηρήσεων του JWST με το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας», λέει ο Freese.

Επιπλέον, αυτή η επιβεβαίωση θα μπορούσε να είναι μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόησή μας για τη φύση της σκοτεινής ύλης και να παρέχει περαιτέρω στοιχεία για την ύπαρξη των WIMP.

Η έρευνα περιγράφεται στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/stars-powered-by-dark-matter-may-have-been-seen-by-the-jwst/