Kad tama sija — mogu li „mračne zvezde“ rasvetliti tajne ranog univerzuma?

Početkom 2025. naučnici koji analiziraju podatke sa svemirskog teleskopa James Webb identifikovali su tri vrlo neobična objekta iz najranijih epoha univerzuma koji bi mogli odgovarati modelima tzv. mračnih zvezda. Ako se potvrde, ovi objekti bi mogli promeniti razumevanje nastanka prvih zvezda i ranih supermasivnih crnih rupa — ali naziv „mračne zvezde“ može zbuniti: one nisu „mračne“ u smislu slabe svetlosti, već su nazvane po izvoru energije koji ih napaja.

Šta su mračne zvezde?

Termin „mračne zvezde" označava hipotetičke, ogromne objekte iz perioda nakon Velikog praska koji sijaju zahvaljujući energiji oslobođenoj anihilacijom tamne materije, a ne nuklearnoj fuziji. Tamna materija čini oko 27%» energije-materije univerzuma, ali je ne vidimo direktno — primećujemo je kroz gravitacione efekte. Ako su čestice tamne materije svoj sopstveni antičestica, pri sudarima one mogu anihilisati i oslobađati energiju koja zagreva oblak gasa i sprečava njegov potpuni kolaps u normalnu zvezdu.

Kako bi mračne zvezde nastajale?

U ranim, vrlo gustim regionima univerzuma, koncentracija tamne materije mogla je biti dovoljna da anihilacije daju kontinualan izvor toplote. Taj proces bi zagrevao primordialni vodonik i helijum, zaustavljajući ili usporavajući gravitaciono skupljanje koje inače dovodi do pokretanja nuklearne fuzije. Tako nastaju stvorovi koji izgledaju kao zvezde, ali su napajani tamnom materijom — i mogu živeti znatno duže dok imaju dovod tamne materije.

Karakteristike i opservacijski tragovi

Mračne zvezde bi trebale biti izuzetno stare i stoga visoko redshiftovane — njihova svetlost je pomerena ka infracrvenom delu spektra, što ih čini pogodnim za detekciju Webbovim infracrvenim instrumentima. Očekuju se velike radijuse (desetine astronomskih jedinica), niže površinske temperature i ogromna ukupna svetlost zbog velike emitujuće površine. Takođe, pošto nisu hranjene fuzijom, u njima bi trebalo da ima malo težih elemenata, ali potencijalno uočljivo povišen odnos helijuma, jer fuzija nije pretvorila helijum u teže atome.

Jesu li već primećene?

Analize Webbovih podataka ukazuju na nekoliko izuzetno svetlih i dalekih objekata koji ne odgovaraju lako standardnim modelima ranih galaksija. Jedna studija identifikovala je tri kandidata konzistentna sa modelima supermasivnih mračnih zvezda, a kod jednog objekta posumnjalo se na izraženiju helijumsku apsorpcionu crtu — potencijalni „dimni trag“ anihilacije tamne materije. Takvi rezultati su uzbudljivi, ali još nisu konačni.

Zašto je to važno?

Ako su mračne zvezde postojale, mogle bi objasniti kako su nastale supermasivne crne rupe veoma rano u istoriji univerzuma. Supermasivne mračne zvezde koje se uruše direktno u crnu rupu mogle bi stvoriti jezgra čija brz rast objašnjava postojanje crnih rupa od miliona sunčevih masa svega nekoliko stotina miliona godina nakon Velikog praska — primer je crna rupa u galaksiji UHZ-1, sa masom reda ~10 miliona solarnih masa, formirana oko 500 miliona godina nakon Velikog praska.

Nerazrešena pitanja i skepticizam

Hipoteza mračnih zvezda nije opšteprihvaćena. Mnogi istraživači upozoravaju da su alternativna objašnjenja — kao što su ekstremna akrecija materije ili netipično masivne, ali obične zvezde — i dalje moguća. Trenutne opservacije često ne omogućavaju pouzdano razlikovanje između veoma masivnih običnih zvezda i razređenijih, hladnijih mračnih zvezda. Potrebna su dodatna, dublja posmatranja i unapređeni teorijski modeli da se dilema razreši.

Zaključak: Prijavljeni Webbovi kandidati su intrigantni i mogu ponuditi nov put ka razumevanju prirode tamne materije i ranih faza formiranja velikih struktura u svemiru. Međutim, potvrda će zahtevati više podataka, opreznu analizu i nezavisne potvrde.

Autor: Alexey A. Petrov, University of South Carolina