Innerhalb der ersten paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall begannen sich die ersten Sterne des Universums aus Wasserstoff- und Heliumwolken zu bilden. Beobachtungen aus der James Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Objekte im frühen Universum entdeckt, die rätselhaft hell sind und herkömmliche Modelle der Sternentwicklung und der Entstehung von Schwarzen Löchern in Frage stellen. Ein aktueller Studie Unter der Leitung von Forschern der Colgate University und der University of Texas in Austin wurde die Identifizierung von vier extrem weit entfernten Objekten gemeldet, deren Eigenschaften mit einem theoretischen neuen Sterntyp übereinstimmen. Die Studie, veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftendeutet darauf hin, dass dies möglicherweise die ersten beobachteten „dunklen Sterne“ sind – riesige Sternobjekte, deren Energie nicht durch Kernfusion, sondern durch die Vernichtung dunkler Materie entsteht.
Eine neue Theorie der Sternentwicklung
Die Theorie der dunklen Sterne, die ursprünglich von Katherine Freese und ihren Mitarbeitern in einer Arbeit aus dem Jahr 2008 entwickelt wurde, bietet eine mögliche Erklärung für diese ungewöhnlichen kosmischen Objekte. Der Theorie zufolge dunkle Sterne sind riesige, „bauschige“ Wolken, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Im Gegensatz zu normalen Sternen, die durch den nach außen gerichteten Druck der Kernfusion in ihren Kernen vor einem Gravitationskollaps geschützt werden, werden dunkle Sterne durch einen anderen Mechanismus angetrieben. Sie werden durch die Vernichtung der in ihnen befindlichen Dunkle-Materie-Teilchen erhitzt. Es wird allgemein angenommen, dass Dunkle Materie aus einer neuen Art von Teilchen besteht, wobei schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) ein Hauptkandidat sind. Wenn diese Teilchen kollidieren, vernichten sie sich gegenseitig und geben eine winzige, aber ausreichende Wärmemenge an die kollabierende Gaswolke ab. Dieser Prozess verhindert, dass die Wolke dicht genug wird, um eine Fusion einzuleiten, und ermöglicht stattdessen, dass sie zu einem extrem hellen und supermassereichen Objekt heranwächst. Die Bedingungen für die Entstehung dunkler Sterne wären in den dichten Halos aus dunkler Materie des frühen Universums ideal gewesen.
Analyse von Kandidatenobjekten des James Webb-Weltraumteleskops
Verwendung von Daten aus JWSTs Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)identifizierte das Forschungsteam vier Kandidatenobjekte in extremen Entfernungen. Die Kandidaten werden namentlich genannt JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0Und JADES-GS-z11-0. Das Team analysierte sowohl die Morphologie als auch die Spektren dieser Objekte mithilfe der NIRCam- und NIRSpec-Instrumente des Teleskops. Die Analyse ergab, dass jedes der vier Objekte mit der Interpretation eines supermassereichen dunklen Sterns übereinstimmt. Morphologisch gesehen JADES-GS-z14-1 ist ungelöst, was bedeutet, dass er als Punktquelle erscheint, was man von einem einzelnen, sehr weit entfernten Stern erwarten würde. Die anderen drei Objekte sind äußerst kompakt. Der überzeugendste Beweis kommt aus dem Spektrum von JADES-GS-z14-0was Anzeichen einer möglichen „Smoking Gun“-Signatur für einen dunklen Stern zeigt. Die Forscher fanden einen Abfall im Spektrum, der mit einem Heliumionen-Absorptionsmerkmal vereinbar ist 1640 Å. Man geht davon aus, dass dieses spezifische Merkmal aufgrund der großen Mengen an einfach ionisiertem Helium in der Atmosphäre dunkler Sterne existiert. Allerdings stellen die Forscher fest, dass das Signal-Rausch-Verhältnis dieser Funktion relativ niedrig ist und bei ca. liegt Seriennummer ~2was bedeutet, dass der Befund noch vorläufig ist. Daten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigten auch das Vorhandensein von Sauerstoff für dasselbe Objekt, was darauf hindeutet, dass es sich möglicherweise nicht um einen isolierten Urstern, sondern um einen Stern handelt, der in eine metallreiche Umgebung eingebettet ist, möglicherweise als Ergebnis einer Fusion. Die Identifizierung supermassereicher dunkler Sterne könnte zur Lösung zweier großer Rätsel in der Astronomie beitragen: Warum JWST so helle Galaxien im frühen Universum findet und wie sich die supermassereichen Schwarzen Löcher, die entfernte Quasare antreiben, so schnell bildeten.
