Ontdekking met de James Webb-telescoop – Spectrumwetenschap

Bewijs 2: De spectrale energieverdeling van de drie objecten past goed bij de voorspellingen van hun model voor donkere sterren. Om dit te doen, moeten de modellen echter worden “aangepast” met behulp van bepaalde parameters, waaronder de – nog onbekende en hypothetische – donkere materiemassa van WIMP.

Hulp van Einstein?

Geen van beide levert bewijs dat de drie JADES-kandidaatsterren massieve sterren zijn die worden aangedreven door donkere materie. Aan de andere kant kunnen meer significante spectra dit doen, schrijven Freese en haar collega’s: als men bijvoorbeeld een heliumabsorptielijn vindt bij een golflengte van 164 miljardste van een meter (1640 angstrom) of bepaalde waterstofabsorptielijnen boven een constante golflengte van 350 miljoenste van een meter, zou dat een duidelijke indicatie zijn van de aanwezigheid van een donkere ster. Het argument: donkere materie vormt slechts 0,1% van de totale massa van de wolk. De rest is een diffuse atmosfeer van waterstof en helium waarin de vernietigende straling van WIMP bij deze golflengten zeer efficiënt wordt geabsorbeerd. Aan de andere kant, als het sterrenstelsels zijn die uit normale sterren bestaan, zouden in plaats daarvan emissielijnen in het spectrum moeten verschijnen.

Helaas zijn de spectra van de drie kandidaten niet nauwkeurig genoeg voor dergelijke details. “JWST kan uitstekende spectra opnemen”, legt Friese uit. “Om dit ook aan donkere sterren te kunnen communiceren, zouden deze objecten 10 tot 100 keer helderder moeten zijn.” Dit kan worden bereikt door gravitatielensing, dat wil zeggen door een grote massa, zoals de cluster van sterrenstelsels op de voorgrond, de straling van de donkere ster in zijn gezichtsveld te versterken. Zwaartekrachtlenzen die door de algemene relativiteitstheorie worden voorspeld, worden nu routinematig waargenomen en zijn vaak nuttige versterkers van zwakke bronnen geweest. “Dit zal zeker ook het geval zijn voor veel objecten die door JWST zijn waargenomen.”

Veel problemen, één oplossing?

Dus kan het bestaan ​​van een donkere ster in de nabije toekomst ondubbelzinnig worden bewezen? Veel astrofysici zouden het leuk vinden als het bestaan ​​van deze vreemde objecten een aantal problemen zou kunnen oplossen: ten eerste zou het een verkapte, zij het indirecte, indicatie zijn van ‘Majorana WIMP’s’, deeltjes die ook hun eigen antideeltjes zijn. Ten tweede zorgt het grote – vermoedelijke – aantal jonge sterrenstelsels dat JWST in 2022 detecteert ervoor dat astrofysici steeds moeilijker te interpreteren zijn. Er lijken er veel te veel te zijn in het vroege universum: “Als sommige van deze objecten helemaal geen kleine sterrenstelsels zijn, maar donkere sterren, dan passen simulaties van de vorming van sterrenstelsels beter bij de waarnemingen”, zegt Friese.

Tot slot zouden donkere sterren een elegante oplossing bieden voor het probleem van de enorme zwarte gaten die in bijna elk groot sterrenstelsel voorkomen. Hoe zou dit gevormd kunnen worden? Simpel gezegd, het universum bestaat niet lang genoeg om zwarte gaten met een paar zonsmassa’s te laten uitgroeien tot massamonsters van miljoenen of miljarden zonsmassa’s.

Donkere sterren zouden ook dit probleem oplossen: als dat lichaam geen donkere materie meer zou hebben, zou waterstofgas worden samengeperst zodat kernfusie zou kunnen plaatsvinden. Maar deze superster kan nu miljoenen zonnemassa’s wegen – te veel om stil te staan. In plaats daarvan stort de structuur in elkaar tot een superzwaar zwart gat. Dit alles maakt zwarte sterren aantrekkelijk. Het is voorlopig niets meer dan een vreemd gedachte-experiment – maar misschien niet lang meer.