Хотя темная материя составляет около 25% Вселенной, ее природа ускользает от ученых. Многие астрофизики считают, что она состоит из элементарных частиц нового типа, и поиск таких частиц продолжается. Среди ведущих кандидатов — слабо взаимодействующие массивные частицы. При столкновении эти частицы аннигилируют, отдавая тепло схлопывающимся облакам водорода и превращая их в ярко сияющие темные звезды. Идентификация сверхмассивных темных звезд откроет возможность изучения темной материи на основе их наблюдаемых свойств.
Идея темных звезд возникла в ходе серии бесед между Фризом и Дугом Споляром, в то время аспирантом Калифорнийского университета в Санта-Круз. Они задавались вопросом: что делает темная материя с первыми звездами, образовавшимися во Вселенной? Затем они связались с Паоло Гондоло, астрофизиком из Университета Юты, который присоединился к команде. После нескольких лет разработки они опубликовали свою первую статью по этой теории в журнале Physical Review Letters в 2008 году. И вот, спустя 15 лет, эта теория может обзавестись вещественным доказательством.
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа из трех астрофизиков из Техасского университета в Остине проанализировала изображения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и обнаружила три ярких объекта, которые могут быть "темными звездами". В случае подтверждения темные звезды могут раскрыть природу темной материи, одной из самых глубоких нерешенных проблем во всей физике.
Три темных звезды-кандидата (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z11-0) были первоначально идентифицированы как галактики в декабре 2022 года в ходе Расширенного глубокого внегалактического исследования JWST (JADES). Используя спектроскопический анализ, команда JADES подтвердила, что объекты наблюдались в период от 320 до 400 миллионов лет после Большого взрыва, что делает их одними из самых ранних объектов, которые когда-либо наблюдались.
Последующие наблюдения JWST за спектроскопическими свойствами объектов, включая провалы или превышение интенсивности света в определенных частотных диапазонах, могут помочь подтвердить, действительно ли эти объекты-кандидаты являются темными звездами. Подтверждение существования темных звезд может также помочь решить проблему, созданную JWST: кажется, что во Вселенной слишком много крупных галактик, чтобы соответствовать предсказаниям стандартной модели космологии.
Как "работают" темные звезды? Если взять единственную допущенную к публикации теорию, то выходит следующее:: в центрах ранних протогалактик должны были быть очень плотные сгустки темной материи, а также облака водорода и газообразного гелия. Когда газ остынет, он схлопнется и потянет за собой темную материю. По мере увеличения плотности частицы темной материи будут все больше аннигилировать, добавляя все больше и больше тепла, что предотвратит коллапс газа до достаточно плотного ядра, чтобы поддерживать синтез, как в обычной звезде. Вместо этого она продолжала бы собирать больше газа и темной материи, становясь большой, пухлой и намного ярче, чем обычные звезды. В отличие от обычных звезд, источник энергии будет распределен равномерно, а не сконцентрирован в ядре.
