JWST міг знайти перші темні зірки Всесвіту

09 жовтня 2025 р. 14:15

09 жовтня 2025 р. 14:15

Нові спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) виявили об’єкти, які можуть бути першими у Всесвіті “темними зірками” — гігантськими світловими тілами, що живляться не термоядерним синтезом, а анігiляцією темної матерії .

Перші зорі — зовсім не ті, якими ми їх уявляли

У перші сотні мільйонів років після Великого вибуху у Всесвіті формувалися перші зорі — об’єкти, що виникли з первісних хмар водню та гелію. Проте нові дані JWST свідчать, що деякі з них могли бути зовсім іншого типу . Як пояснює Космін Іліє з Колгейтського університету, «надмасивні темні зірки — це величезні, але “пухкі” газові хмари, які сяють завдяки енергії анігіляції темної матерії, а не ядерним реакціям» .

Команда Іліє, до якої увійшли Джилліан Полін, Шафаат Махмуд і Кетрін Фріз, повідомляє про чотири надзвичайно віддалені об’єкти, чиї спектри та форма узгоджуються з моделлю надмасивних темних зірок . Серед них — кандидати JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 та JADES-GS-z11-0 , спостережені у рамках глибокого огляду JWST JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) .

Фізика темних зірок

За моделлю, створеною Фріз, Споляром і Гондоло у 2008 році, темна матерія може складатися з слабко взаємодіючих масивних частинок (WIMPs) . Під час зіткнень ці частинки анігілюють , виділяючи енергію, достатню для нагрівання колапсуючих хмар газу. У результаті формується об’єкт, який протистоїть гравітаційному стисканню не завдяки термоядерним реакціям, а теплу темної матерії .

Такі зірки можуть мати мільйонні маси Сонця , сяяти надзвичайно яскраво та жити довше, ніж звичайні зорі, перш ніж колапсувати у надмасивні чорні діри . Це відкриває шлях до пояснення двох великих космологічних загадок:

На цьому зображенні, зробленому космічним телескопом Джеймса Вебба, висвітлено область, яку досліджує проект JWST “Поглиблене глибоке позагалактичне дослідження” (JADES). Ця область знаходиться в надглибокому полі космічного телескопа “Габбл” і навколо нього. Авторство: NASA, ESA, CSA і M. Zamani (ESA/Webb). Наука: Б. Робертсон (UCSC), С. Таккелла (Кембридж), Е. Кертіс-Лейк (Хартфордшир), С. Карніані (Scuola Normale Superiore) і група JADES.

Перші кандидати: світло з глибин часу

У спектрах чотирьох об’єктів команда виявила ознаки, характерні для темних зірок , включно з можливим поглинанням іонізованого гелію на довжині хвилі 1640 ангстрем (He II 1640 ?). «Одним з найцікавіших моментів було виявлення цієї ознаки у спектрі JADES-GS-z14-0. Хоча сигнал слабкий (S/N?2), це перший випадок, коли ми бачимо потенційну “підпис” темної зірки» , — зазначив Іліє.

Об’єкт JADES-GS-z14-1 виявився точковим джерелом — типовим для одиночної зірки, а не для галактики. Інші три кандидати залишаються компактними, але можуть бути оточені туманностями з іонізованого водню та гелію , що додатково підтримує інтерпретацію «темної» природи.

Цікаво, що спостереження за допомогою масиву ALMA показали присутність кисню в тому ж регіоні, що може свідчити про змішане середовище , де темна зірка перебуває в області, багатій на метали. Це, ймовірно, результат злиття гало темної матерії з протогалактикою.

Потенційна нова ера в астрофізиці

Якщо відкриття підтвердиться, воно може стати одним із найбільших проривів у космології після відкриття темної матерії . Надмасивні темні зірки не лише допоможуть пояснити структуру раннього Всесвіту, але й можуть стати природними лабораторіями для дослідження частинок темної матерії .

«Вперше ми маємо спектроскопічних кандидатів на надмасивні темні зірки з червоним зсувом близько 14, тобто лише через 300 мільйонів років після Великого вибуху» , — підкреслює Фріз. «Їх маса може перевищувати сонячну у мільйон разів, а залишені ними чорні діри могли стати “насінням” для квазарів, які JWST спостерігає сьогодні».

Новий погляд на ранній Всесвіт

Відкриття цих кандидатів означає, що перші світлові об’єкти у космосі могли бути не звичайними зорями, а дітищами темної матерії . Це підважує класичні уявлення про зоретворення і може з’єднати космологію з фізикою частинок у спільну теоретичну рамку.

Опубліковане дослідження в PNAS стало ключовим кроком до нової галузі — “темної зоряної астрономії” , де спостереження JWST, ALMA та майбутніх телескопів відкриють епоху, коли перші зорі світили не ядерним вогнем, а енергією невидимої матерії , що все ще формує наш Всесвіт сьогодні.

Наука