Jaką rolę odgrywała ciemna materia we wczesnym Wszechświecie? Ponieważ stanowi większość materii, musi mieć pewien efekt. Zamiast palić się za pomocą syntezy wodoru, te „ciemne gwiazdy” zostały podgrzane przez anihilację ciemnej materii.
I te ciemne gwiazdy wciąż mogą tam być.
Zaledwie kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat ochłodził się wystarczająco, aby pierwsza materia zlewała się z przegrzanej chmury zjonizowanego gazu. Grawitacja zawładnęła i ta wczesna materia połączyła się, tworząc pierwsze gwiazdy. Ale to nie były gwiazdy, jakie znamy dzisiaj. Zawierały prawie całkowicie wodór i hel, urosły do ogromnych mas, a następnie zdetonowane jako supernowe. Każda kolejna generacja supernowych zaszczepiała Wszechświat cięższymi pierwiastkami, powstającymi w wyniku fuzji jądrowej tych wczesnych gwiazd.
Ciemna materia dominowała również we wczesnym Wszechświecie, unosząc się wokół normalnej materii w wielkich aureolach, koncentrując ją wraz z grawitacją. Gdy pierwsze gwiazdy zgromadziły się w tych aureolach ciemnej materii, proces znany jako molekularne chłodzenie wodorem pomógł im zapaść się w gwiazdy.
Lub, tak zwykle wierzą astronomowie.
Ale zespół naukowców z USA uważa, że ciemna materia nie oddziaływała tylko poprzez grawitację, ale znajdowała się w samym środku rzeczy. Ich badania opublikowano w artykule „Ciemna materia i pierwsze gwiazdy: nowa faza ewolucji gwiazd”. Cząstki ciemnej materii ściśnięte razem zaczęły anihilować, generując ogromne ilości ciepła i przytłaczając ten molekularny mechanizm chłodzenia wodorem. Fuzja wodoru została zatrzymana i rozpoczęła się nowa faza gwiezdna - „ciemna gwiazda”. Masywne kule wodoru i helu napędzane anihilacją ciemnej materii zamiast syntezy jądrowej.
Jeśli te ciemne gwiazdy są wystarczająco stabilne, możliwe, że nadal istnieją. Oznaczałoby to, że wczesna populacja gwiazd nigdy nie osiągnęła etapu Sekwencji Głównej i nadal żyje w tym przerwanym procesie, podtrzymywanym przez anihilację ciemnej materii. Ponieważ ciemna materia jest zużywana w reakcji, dodatkowa ciemna materia z okolicznych regionów mogłaby wpłynąć, aby ogrzać rdzeń, a synteza wodoru może nigdy nie mieć szansy na przejęcie.
Ciemne gwiazdy mogą jednak nie trwać tak długo. Fuzja ze zwykłej materii może ostatecznie przytłoczyć reakcję anihilacji ciemnej materii. Jego ewolucja w regularną gwiazdę nie zostałaby zatrzymana, tylko opóźniona.
Jak astronomowie mogli szukać tych ciemnych gwiazd?
Byłyby one bardzo duże, o promieniu rdzenia większym niż 1 AU (odległość od Ziemi do Słońca), więc mogą być kandydatami do eksperymentów soczewkowania grawitacyjnego. Obserwacje te wykorzystują grawitację pobliskich galaktyk, aby służyć jako sztuczny teleskop do skupiania światła z bardziej odległego obiektu. Jest to najlepsza technika, jaką astronomowie muszą znaleźć najbardziej odległe obiekty.
Mogą być również wykrywalne przez produkty anihilacji ciemnej materii. Jeśli natura ciemnej materii odpowiada teorii słabo oddziaływujących masywnych cząstek, jej anihilacja wydzielałaby bardzo specyficzne promieniowanie i cząstki w dużych ilościach. Astronomowie mogliby szukać promieni gamma, neutrin i antymaterii.
Trzecim sposobem na ich wykrycie byłoby poszukiwanie opóźnienia w przejściu do etapu Sekwencji Głównej dla wczesnych gwiazd. Ciemne gwiazdy mogły przerwać ten etap przez miliony lat, prowadząc do niezwykłej luki w ewolucji gwiazd.
Być może te ciemne gwiazdy dostarczą astronomom dowodów, których potrzebują, aby w końcu dowiedzieć się, czym tak naprawdę jest ciemna materia.
Oryginalne źródło: Ciemna materia i pierwsze gwiazdy: nowa faza ewolucji gwiazd
