Το JWST ίσως εντόπισε τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος και τροφοδοτούνται από Σκοτεινή Ύλη!

Μπορεί τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος να μην έμοιαζαν καθόλου με τον Ήλιο μας. Σύμφωνα με μια νέα ανάλυση δεδομένων από το James Webb Space Telescope (JWST), τα πρώτα φωτεινά σώματα που σχηματίστηκαν μετά το Big Bang ίσως δεν έκαιγαν υδρογόνο μέσω πυρηνικής σύντηξης, αλλά… Σκοτεινή Ύλη. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο μπορεί να έχει εντοπίσει τα πρώτα «υπερμεγέθη σκοτεινά άστρα», δηλαδή τεράστιες, υπέρλαμπρες σφαίρες από υδρογόνο και ήλιο που αντλούν ενέργεια από την αλληλοεξουδετέρωση σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης.

Η ανακάλυψη αυτή, αν επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να εξηγήσει δύο από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας: γιατί βλέπουμε τόσο φωτεινούς, ώριμους γαλαξίες τόσο νωρίς στην ιστορία του Σύμπαντος — και πώς δημιουργήθηκαν οι πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Η μελέτη, με επικεφαλής τον Cosmin Ilie από το Colgate University και συνεργάτες από το University of Pennsylvania και το University of Texas at Austin, εντόπισε τέσσερα υπέρ-απομακρυσμένα αντικείμενα στα δεδομένα του JWST, τα οποία ταιριάζουν εντυπωσιακά με τα θεωρητικά χαρακτηριστικά που θα περίμενε κανείς από υπερμεγέθη σκοτεινά άστρα. Αυτά τα αντικείμενα είναι εξαιρετικά φωτεινά, γιγαντιαία αλλά με «αφράτη» δομή, τεράστια νέφη υδρογόνου και ηλίου που παραμένουν σταθερά χάρη στην ελάχιστη αλλά ζωτική ενέργεια που παράγεται από τη σύγκρουση και εξαΰλωση σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης μέσα τους.

Η Katherine Freese, μια από τις πρωτοπόρους της ιδέας των σκοτεινών άστρων, είχε προτείνει για πρώτη φορά την ύπαρξή τους το 2008 μαζί με τους Doug Spolyar και Paolo Gondolo. Η ομάδα είχε δείξει τότε πώς τέτοια άστρα θα μπορούσαν να σχηματιστούν στα πρώτα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, να μεγαλώσουν σε τεράστιες μάζες και τελικά να καταρρεύσουν σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, τις ίδιες που βλέπουμε σήμερα στο κέντρο των πιο μακρινών κβάζαρ.

Η Σκοτεινή Ύλη εξακολουθεί να είναι μία από τις μεγαλύτερες άγνωστες δυνάμεις του Σύμπαντος. Αν και υπολογίζεται ότι αποτελεί περίπου το 25% της συνολικής του μάζας, κανείς δεν γνωρίζει ακόμα τη σύστασή της. Οι ερευνητές θεωρούν πιθανό ότι αποτελείται από υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Όταν δύο τέτοια σωματίδια συγκρούονται, αλληλοεξουδετερώνονται, απελευθερώνοντας ενέργεια – ακριβώς την ενέργεια που, σύμφωνα με τη θεωρία, θα μπορούσε να κάνει ένα πρωτογενές νέφος υδρογόνου να λάμπει χωρίς να χρειάζεται σύντηξη.

Οι συνθήκες για τη δημιουργία αυτών των άστρων φαίνεται να υπήρχαν μέσα στα «σμήνη Σκοτεινής Ύλης», περιοχές υψηλής πυκνότητας Σκοτεινής Ύλης που σχηματίστηκαν λίγο μετά το Big Bang. Εκεί, τα πρώτα νέφη υδρογόνου θα μπορούσαν να θερμανθούν από την ενέργεια των WIMPs και να μετατραπούν σε γιγάντια, φλογερά άστρα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερα από τον Ήλιο.

Η Freese, που σήμερα διευθύνει το Weinberg Institute στο University of Texas at Austin, εξηγεί:

Για πρώτη φορά έχουμε ταυτοποιήσει φασματοσκοπικά υποψήφια υπερμεγέθη σκοτεινά άστρα στο JWST, αντικείμενα τόσο παλιά που βρίσκονται μόλις 300 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Με μάζες περίπου ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου, αυτά τα πρώτα άστρα δεν μας λένε μόνο κάτι για τη φύση της Σκοτεινής Ύλης, αλλά ίσως και για το πώς γεννήθηκαν οι πρώτες μαύρες τρύπες του Σύμπαντος.

Η ομάδα εξέτασε δεδομένα από τα όργανα NIRCam και NIRSpec του JWST, εστιάζοντας σε τέσσερα αντικείμενα με εξαιρετικά υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό: JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 και JADES-GS-z11-0. Τα αντικείμενα αυτά είναι τόσο απομακρυσμένα, που το φως τους ξεκίνησε το ταξίδι του μόλις λίγες εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.

Σε τρία από αυτά τα αντικείμενα, τα δεδομένα δείχνουν ότι θα μπορούσαν να είναι «νεφελώματα» φωτισμένα από έναν υπερμεγέθη πυρήνα, δηλαδή σκοτεινά άστρα που τροφοδοτούνται από Σκοτεινή Ύλη. Ένα από αυτά, το JADES-GS-z14-1, φαίνεται ως σημειακή πηγή, κάτι που ταιριάζει με το προφίλ ενός μακρινού υπερμεγέθους άστρου.

Αυτό που έκανε τη διαφορά, όμως, ήταν η ανίχνευση ενός πολύ ιδιαίτερου φασματικού χαρακτηριστικού: μιας απορροφητικής «βουτιάς» στα 1640 Ångstrom, σημάδι της παρουσίας ιονισμένου ηλίου. Το χαρακτηριστικό αυτό θεωρείται η «υπογραφή» ενός σκοτεινού άστρου.

Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι παρατηρήσεις από το ραδιοτηλεσκόπιο ALMA έδειξαν επίσης παρουσία οξυγόνου στο ίδιο αντικείμενο, κάτι που σημαίνει ότι το άστρο αυτό ίσως βρίσκεται μέσα σε ένα πλούσιο σε μέταλλα περιβάλλον. Αυτό θα μπορούσε να υποδηλώνει μια σύγκρουση ενός σμήνους Σκοτεινής Ύλης με έναν αναπτυσσόμενο γαλαξία ή τη συνύπαρξη κανονικών και σκοτεινών άστρων μέσα στην ίδια περιοχή.

Αν τα ευρήματα αυτά επιβεβαιωθούν, θα μπορούσαν να εγκαινιάσουν μια εντελώς νέα εποχή στην αστροφυσική: τη μελέτη των άστρων που τροφοδοτούνται από Σκοτεινή Ύλη. Μέσα από τις ιδιότητές τους, οι επιστήμονες θα μπορούσαν για πρώτη φορά να αντλήσουν στοιχεία για τη φύση των σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης, ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύγχρονου Σύμπαντος.

Η αναζήτηση για τα πρώτα άστρα της κοσμικής ιστορίας μόλις πήρε μια αναπάντεχη τροπή και ίσως η απάντηση να κρύβεται όχι στο φως, αλλά στο σκοτάδι που τα τροφοδοτεί.

[source]