Коли темрява випускає світло: як темні зірки можуть освітлювати Всесвіт

Раніше цього року астрономи за допомогою космічного телескопа Вебб виявили в ранньому Всесвіті незвичайні космічні об'єкти, які можуть бути темними зірками. Але їхня назва вводить в оману. Вона не зовсім точно описує об'єкти, які представляє, адже темні зірки є не зовсім зірками, і вони не темні. Слово "темні" в назві відноситься не до яскравості цих об'єктів, а до процесу, який змушує їх світитися. Він відбувається завдяки загадковій речовині під назвою темна матерія, пише Phys.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Чому темна матерія є темною?

Вчені вважають, що темна матерія становить приблизно 27% всієї матерії та енергії у Всесвіті, але її поки що не виявили безпосередньо, але відомо, що вона впливає на звичайну матерію своєю гравітацією. Водночас, як уже писав Фокус, учені вважають, що вони вперше "побачили" темну матерію, хоча це може бути і щось інше.

То що ж робить темну матерію темною? Астрономи спостерігають за космосом, реєструючи електромагнітні хвилі, які випускають або відбивають різні об'єкти. Ми бачимо Місяць, тому що він відбиває світло Сонця. Але вважається, що темна матерія не випускає і не відбиває світло.

Деякі теорії припускають, що темна матерія складається з електрично нейтральних частинок, тобто частинок, які не мають електричного заряду. Ця особливість не дає змоги побачити темну матерію так само, як ми бачимо звичайну матерію.

Вважається, що темна матерія складається з частинок, які є одночасно своїми власними античастинками. Античастинки — це версії звичайних частинок, але з антиматерії. Частинки й античастинки мають однакову масу, але протилежний електричний заряд. Коли відбувається зіткнення частинок і античастинок, то вони знищують із виділенням енергії та випромінювання.

Якщо частинки темної матерії є своїми власними античастинками, вони будуть знищуватися і виділяти величезну кількість енергії та випромінювання у вигляді фотонів, частинок світла. Теорії припускають, що цей процес відіграє ключову роль в утворенні темних зірок, за умови, що щільність частинок темної матерії всередині цих зірок велика.

Що змушує темну зірку світитися?

Наразі астрономи вважають, що звичайні зірки з'явилися з хмар водню та гелію, які стиснулися під дією гравітації. Унаслідок підвищення температур у ядрах зірок був запущений термоядерний синтез водню, внаслідок чого утворилися важчі хімічні елементи. Цей процес призвів до утворення першого покоління зірок у Всесвіті.

Деякі теорії припускають, що темна матерія відігравала активнішу роль у процесі утворення зірок. У ранньому Всесвіті частинки темної матерії стикалися і знищувалися з виділенням енергії. Вона могла б нагріти водень і гелій, запобігши їхньому подальшому стисненню і повністю запобігши початку термоядерного синтезу.

У результаті вийшов би об'єкт, схожий на зірку, але такий, що отримує енергію завдяки нагріванню темної матерії, а не термоядерному синтезу. На відміну від звичайних зірок, темні зірки могли б існувати набагато довше, оскільки продовжували б світитися доти, доки притягували темну матерію.

Чи можна виявити темні зірки?

Темні зірки мають бути дуже старими і випускати випромінювання в найбільш зміщеній у червоний бік частині електромагнітного спектра. Якщо темні зірки утворилися з первинного водню і гелію, то вони містять мало або зовсім не містять важких хімічних елементів.

Темні зірки мають бути великими і холодними на поверхні, але при цьому матимуть високу світність, оскільки їхній розмір і площа поверхні, що випромінює світло, компенсує їхню меншу поверхневу яскравість.

Вважається, що темні зірки повинні мати розмір, який у десятки разів перевищує відстань від Землі до Сонця (150 млн км). Маса цих об'єктів може бути в 10 тисяч — 10 мільйонів разів більшою за масу Сонця.

Можливо, астрономи раніше цього року виявили темні зірки, які здаються яскравішими і масивнішими за типові ранні галактики або зірки. Але ці об'єкти можуть виявитися просто незвичайними галактиками.

Як уже писав Фокус, вчені перевірили правильність загальної теорії відносності Ейнштейна за допомогою двох незвичайних зірок.