Кандидатов в гипотетические темные звезды — светила, питающиеся не термоядерным синтезом, а аннигиляцией частиц темной материи — впервые обнаружили в 2023 году. Тогда астрономы располагали только фотометрическими данными. Авторы нового исследования проанализировали спектры этих объектов и показали, что они согласуются с теоретической моделью темных звезд.
В 2007 году физики из Мичиганского университета предположили, что на раннем этапе формирования Вселенной, до появления «обычных» светил, существовали так называемые темные звезды — гипотетические объекты из водорода и гелия, разогреваемые аннигиляцией частиц темной материи. Этот механизм поддерживал температуру их поверхности на уровне ниже 10 000 кельвин, в результате чего они излучали преимуществен
Такие экзотические объекты могли наращивать массу до миллионов солнечных масс и формироваться в центрах темных гало, предшествующих появлению галактик. В конце своего жизненного пути, согласно модели, темные звезды должны были коллапсировать в черные дыры, став возможными предшественниками сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых во Вселенной в первый миллиард лет после Большого взрыва.
Первых кандидатов в темные звезды исследователи обнаружили, проанализировав фотометрические данные обзора JADES, полученные с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, установленной на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб». Тогда три объекта — JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z13-0 — по своим кривым излучения и распределению энергии оказались совместимы с теоретическими моделями сверхмассивных темных звезд. Однако позже из числа кандидатов исключили объект JADES-GS-z12-0 из-за признаков металличности (то есть присутствия всех элементов тяжелее гелия).
Теперь международная группа астрофизиков под руководством Космина Илие (Cosmin Ilie) из Колгейтского университета (США) проанализировала спектроскопические данные, полученные с помощью «Джеймса Уэбба». Результаты показали, что спектры двух из трех ранее предложенных кандидатов (JADES-GS-z11-0 и JADES-GS-z13-0) согласуются с теоретическими моделями.
Исследователи также обнаружили еще двух кандидатов в темные звезды: JADES-GS-z14-0 и JADES-GS-z14-1. Результаты новой научной работы опубликованы на сервере препринтов Корнеллского университета.Результаты новой научной работы опубликованы на сервере препринтов Корнеллского университета.
Особое внимание ученых привлек самый удаленный и яркий объект из когда-либо найденных — JADES-GS-z14-0. В его спектре астрофизики, предположительно, зафиксировали уникальный для темных звезд «отпечаток» — слабую линию поглощения ионизированного гелия (He II λ1640 Å). Правда, из-за низкого соотношения сигнал/шум, считать эти данные достоверными нельзя.
Более того, данные для JADES-GS-z14-0, ранее полученные с помощью радиообсерватории ALMA, указали на возможное присутствие эмиссионной линии ионизированного кислорода (O III). Это может свидетельствовать о наличии тяжелых элементов и оспорить статус кандидата в темные звезды.
Тем не менее все четыре объекта соответствуют теоретическим моделям темных звезд по массе, форме и распределению светимости. Если дальнейшие исследования и наблюдения подтвердят описанные в статье выводы, астрофизики, вероятно, смогут объяснить присутствие в ранней Вселенной неожиданно ярких объектов и сверхмассивных черных дыр.