Перше покоління зір у Всесвіті астрономи досі не спостерігали — це ще належить зробити. Є дві провідні теорії щодо цих об’єктів: зорі Населення III, що спалюють водень, і так звані «темні зорі», які складаються з водню та гелію, але світяться через нагрівання темною матерією, а не від ядерного синтезу. Нове дослідження показує, що JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0 — три галактики з імовірним високим червоним зміщенням, виявлені космічним телескопом Вебба — можна інтерпретувати не як галактики, а як надмасивні темні зорі. Це означає, що астрономи, можливо, виявили перших кандидатів у темні зорі.

Темна матерія — це таємнича субстанція, яка становить близько 25% Всесвіту. Є переконливі непрямі докази її існування: результати вимірювань космічного первісного випромінювання, аномалії в кривих обертання галактик і гравітаційне лінзування. Незважаючи на її, очевидно, основну роль у Всесвіті, природа темної матерії досі невідома. Фізики-теоретики підозрюють, що вона складається з невидимих частинок, які не відбивають і не поглинають світло, але здатні створювати силу тяжіння.

Науковці по всьому світу намагаються в експериментах виявити та вивчити такі частинки. Серед головних кандидатів — WIMP-и (weakly interacting massive particles, масивні частинки, що слабко взаємодіють). Коли ці частинки стикаються, вони анігілюють і передають тепло хмарам водню, що руйнуються. З цих фрагментів і виникають темні зорі, які, насправді, світять яскраво.

Ідентифікація надмасивних темних зір відкриє можливість дізнатися про темну матерію на основі їхніх спостережуваних властивостей. Подальші спектроскопічні спостереження «Вебба» можуть допомогти підтвердити, чи справді ці об’єкти-кандидати є темними зірками.

Підтвердження існування темних зір також може допомогти вирішити проблему, виявлену завдяки «Веббу»: здається, що в ранньому Всесвіті було занадто багато великих галактик. Якщо це так, то це не відповідає передбаченням стандартній космологічній моделі.

«Мабуть, що щось у стандартній моделі потребує налаштування, бо запропонувати щось абсолютно нове, як це зробили ми, завжди менш імовірно», — сказала доктор Кетрін Фріз (Katherine Freese), астрофізик з Техаського університету в Остіні. «Але якщо деякі з цих об’єктів, які мають вигляд ранніх галактики, насправді є темними зорями, то моделі формування галактик узгоджується краще зі спостережними даними».

Об’єкти JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0 виявлені космічним телескопом Вебба під час виконання спостережної програми JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Автор зображення: Robertson et al., arXiv: 2212.04480. Фото з сайту www.sci.news.

Науковці, які виконували програму спостережень JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), в грудні 2022 року ототожнили JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 і JADES-GS-z11-0 як галактики. За допомогою спектрального аналізу група JADES підтвердила: об’єкти спостерігали через 320—400 мільйонів років після Великого Вибуху, що робить їх одними з найдавніших об’єктів, які коли-небудь спостерігали астрономи.

«Коли ми дивимося на дані від “ Вебба ”, є два протилежних за суттю пояснення природи цих об’єктів», — сказала доктор Фріз. «Перше — це галактики, що містять мільйони звичайних зір Населення III. Друге — це темні зорі. Хочете вірте, хочете — ні, але одна темна зірка має достатньо світла, щоб конкурувати з цілою галактикою із зір». Згідно з теоретичними передбаченнями темні зорі можуть досягати кількох мільйонів сонячних мас і бути в 10 мільярдів разів яскравішими, ніж Сонце.

«Ще в 2012 році ми передбачили, що надмасивні темні зорі можна буде спостерігати за допомогою космічного телескопа Вебба», — сказав доктор Космін Ілі (Cosmin Ilie), астрофізик з Колгейтського університету (США).

«Відкриття нового типу зір досить цікаве само собою, але відкриття темної матерії, яка є джерелом таких об’єктів, — це було б величезним досягненням», — заявила доктор Фріз.

Результати дослідження описані в статті, оприлюдненій в Proceedings of the National Academy of Sciences.

За інф. з сайту www.sci.news