Sötét csillagok lehetnek a korai galaxisok?

A sötét anyagnak jelentős szerepe van a világunk fejlődésében, azonban sokáig nem gondoltak arra, hogy az első csillagok létrejöttét mi módon alakíthatta. 2007-ben azonban született egy elmélet arról, hogy az Univerzum kialakulása után nem sokkal olyan csillagok jöhettek létre, amelyek, eltérően a ma ismertektől, némi sötét anyagot is tartalmazhattak. Ezek a sötét csillagnak hívott objektumok nehezen képzelhetők el. E csillagok belsejében, a normál anyag között a sötét anyag is jelen van. A sötét anyag részecskéi egymással ütközve megsemmisülnek, eközben energiát termelnek s adnak át a normál anyagnak, ez pedig megakadályozza, hogy a normál anyag – hidrogén és hélium – olyanná sűrűsödjön, mint a hagyományos csillagokban. Ennek okán a sötét csillagokban nem indulhat be a magfúzió sem, s a sötét csillagok voltaképp hatalmas molekulafelhők lehettek, ám számos hullámhossztartományban rendkívül fényesek. A számítások szerint például jelentős gamma-sugárzást bocsáthattak ki. E sötét csillagok az Ősrobbanást 80-100 millió évvel követően már kialakulhattak, és sokkal nagyobbak lehettek a Napunknál: akár a teljes Naprendszer méretének 15 ezerszeresét is elérhették, a Nap tömegének 10 milliószorosával, fényességének milliárdszorosával. Ez alapján érthető, miként is lehet könnyedén galaxisnak nézni őket.

Az elméletet most ismét elővette egy kutatócsoport (amelynek vezetője, Katherine Freese a 2007-es kutatásban is részt vett, és jelenleg a Weinberg Elméleti Fizikai Intézet igazgatója), és a James Webb-űrteleszkóp egy 2022 év végi, meglehetősen sok kérdést felvető felfedezésével fésülte össze.

A felfedezett, igen nagy fényességű objektumok korai jelenléte nehezen magyarázható a jelenleg elfogadott kozmológiai elmélettel (Lambda CDM), egyszerűen túl sok nagy tömegű galaxis volna a nagyon fiatal Univerzumban. A Texasi Egyetem számolt be a kutatásról, amelyben ezeket az elméletbe nehezen illeszthető objektumokat sötét csillagként értelmezik és magyarázzák a szakemberek. A felvetésükről készült tanulmányt a PNAS folyóiratban olvashatjuk.

A Világegyetem negyedét a sötét anyag teszi ki (a normál anyag mindössze 5 százaléka), ám rendkívül nehezen vizsgálható e sötét anyag természete. Az elképzelések szerint saját részecskéi lehetnek, ezeket WIMP-nek, vagyis gyengén kölcsönható nagy tömegű részecskéknek nevezik, ezek ütközése miatt létezhetnek a sötét csillagok. Ha sikerülne ilyen sötét csillagokat felfedezni, az megnyitná a lehetőséget a sötét anyag vizsgálatára is.

„Valószínűbb, hogy a standard modellben van valami, amit még hangolni kell, mivel ha valami gyökeresen új dolgot kell bevezetni, mint amit mi is javasolunk, az mindig kevésbé valószínű” – magyarázta Dr. Freese. „Azonban, ha a korai galaxisoknak tűnő objektumoknak csak egy része is sötét csillag, akkor máris jobban hasonlítanak a galaxisfejlődési modellek a megfigyelésekre.”

A kutatók három objektumról gondolják azt, hogy sötét csillag lehet: a JADES-GS-z13-0, a JADES-GS-z12-0, és a JADES-GS-z11-0, az adatelemzések szerint 320-400 millió évvel az Ősrobbanás utáni időből észlelte őket az űrteleszkóp. Ezek gyakorlatilag a valaha észlelt legkorábbi objektumok. Nemrégiben ugyanezen objektumok kapcsán egy másik elmélet is felmerült, amely az Univerzum korát vonja kétségbe.