Новое исследование, опубликованное в научном журнале Universe, предлагает связать гипотетические «темные звезды» с несколькими стойкими астрономическими загадками, связанными с объектами в ранней Вселенной на больших красных смещениях. В работе описаны механизмы, которые могут объяснить ряд наблюдений, которые сложно объяснить стандартными моделями формирования звёзд, галактик и сверхмассивных чёрных дыр в эпоху так называемого космического рассвета — периода вскоре после Большого взрыва.
Что такое «темные звезды»?
«Темные звезды» — это гипотетические объекты, предложенные теоретически, которые образовывались из первичного газового облака (водород + гелий) в ранней Вселенной и могли быть подпитываемы взаимодействиями тёмной материи, а не термоядерным синтезом, как обычные звезды. Они могли достигать очень больших размеров и масс, поскольку энергия освобождалась не путём обычных реакций в ядре, а за счёт аннигиляции частиц тёмной материи внутри.
Такие объекты были впервые предложены более пятнадцати лет назад как возможное объяснение формирования сверхмассивных источников уже на самых ранних этапах истории Вселенной. Считается, что она могла происходить «внутри» плотных гало тёмной материи, где условия для рождения подобных звезд были благоприятны.
С какими космическими загадками помогают справиться «темные звезды»
Авторы исследования показали, что включение концепции темных звезд в космологические модели может помочь объяснить сразу несколько ранее считавшихся независимыми проблем раннего космоса, обнаруженных особенно в наблюдениях крупным космическим телескопом James Webb Space Telescope (JWST).
1. «Синие монстры» — слишком яркие и тяжёлые галактики на ранних этапах
В данных JWST были обнаружены так называемые “Blue Monster” — компактные, но чрезвычайно яркие и массивные галактики на больших красных смещениях (ранние эпохи Вселенной). Их существование трудно уложить в стандартные модели эволюции галактик, поскольку для их массы и яркости требуется слишком быстрое нарастание звёздной массы. В новой работе показано, что остатки разрушившихся темных звезд могут служить «затравкой» для формирования подобных объектов и их сверхмассивных центральных черных дыр.
2. Множество сверхмассивных чёрных дыр очень ранней Вселенной
Ещё одна проблема заключается в том, что в раннем космосе (по красным смещениям) обнаруживается необычно много галактик с сверхмассивными чёрными дырами в центрах. Согласно стандартным теориям, эволюция от первых звёзд к таким массивным чёрным дырам за столь короткие космические сроки кажется затруднительной. Исследователи отмечают, что темные звезды, коллапсируя в чёрные дыры, могли образовывать их намного более массивными уже на ранних стадиях, чем это предсказывают обычные модели.
3. «Маленькие красные точки» — атипичные светящиеся объекты в JWST
В изображениях JWST на фоне обычных галактик были обнаружены так называемые «маленькие красные точки» — компактные красные источники, происхождение которых не удалось объяснить простой моделью формирования галактик. В своей работе авторы показывают, что остатки сверхмассивных темных звезд или их окружения могут выступать источниками такого рода сигналов, что помогает объяснить их свойства и распространённость.
Почему «темные звезды» важны для науки о раннем космосе
Современные модели космической эволюции сталкиваются с трудностями при попытке объяснить существование массивных структур в пространстве Вселенной всего через сотни миллионов лет после Большого взрыва. Наблюдения JWST выявили туда больше тяжёлых объектов, чем предсказывали многие модели, а также — некоторое несоответствие между ожидаемыми и фактически наблюдаемыми свойствами первых звезд и галактик.
В этом контексте темные звезды выступают возможным мостом между теорией и наблюдениями: если первые объекты Вселенной формировались не только через обычный термоядерный синтез, но и через процессы, связанные с тёмной материей, это могло значительно ускорить сборку массивных систем и послужить ключом к решению нескольких взаимосвязанных проблем.
От теории к наблюдаемым данным
Хотя концепция темных звезд остаётся теоретической, отдельные наблюдательные свидетельства уже появляются. Ранее указанные кандидаты для темных звезд были найдены в спектроскопических данных JWST, соответствуя по своим характеристикам предсказаниям теории, включая необычные спектральные признаки и морфологию.
Кроме того, модели показывают, что темные звезды могли формироваться в первые несколько сот миллионов лет после Большого взрыва, когда плотность тёмной материи и газа была существенно выше, чем в более поздние эпохи.
Ограничения и нерешённые вопросы
Научное сообщество подчёркивает, что существование темных звезд ещё не подтверждено однозначно. Многим наблюдаемым объектам раннего космоса уже предложены альтернативные объяснения (например, быстрое формирование массивных звездных скоплений, прямой коллапс чёрных дыр и др.), и теория темных звезд является одной из конкурирующих моделей.
Тем не менее сегодняшние работы показывают, что включение таких объектов в космологические модели может устранить несколько серьёзных несоответствий между теорией и наблюдениями, и стимулирует дальнейшие исследования в этой области.
Заключение
Исследование связывает гипотетические темные звезды с тремя значимыми наблюдательными загадками раннего космоса: сверхяркими массивными галактиками, ранними сверхмассивными чёрными дырами и атипичными компактными красными объектами, обнаруженными телескопом JWST. Если эти гипотезы подтвердятся, это может существенно изменить наше понимание того, как формировались первые структуры Вселенной и какую роль играла тёмная материя на самых ранних этапах её эволюции.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
