Elrugaszkodott elméletnek indult, hogy a kiismerhetetlen sötét anyagból csillagok jöhessenek létre, de a James Webb Űrteleszkóp nyáron olyan objektumokat talált, amelyek akár sötét csillagok is lehetnek.
Két út vezet új felfedezésekhez a csillagászatban.
Az egyik szerint találunk valamit, amit nem sikerül megmagyarázni jelenlegi tudásunkkal, így új elmélet alkotására van szükség.
A másik szerint pedig a jelenlegi ismereteinkből következik valami, amit még soha nem láttunk a valóságban. 2007-ben az utóbbit vetette fel Karherine Freese, a Texasi Egyetem csillagásza, amikor előhozakodott a sötét csillagok elméletével.
Láthatatlan szénakazal
Forrás: ESA/Hubble & NASA, D. Calzetti
Az elmélet nevét adó égitestek olyan, egyelőre csak elméletekben létező csillagászati objektumok lennének, amelyek radikálisan különböznek azoktól a csillagoktól, mint amilyen a mi Napunk vagy bármely más csillag, amelyet eddig megfigyeltünk a Világegyetemben. A sötét csillagok amiatt egyedülállóak, hogy tartalmaznak sötét anyagot is. Az elmélet megszületésekor a csillagász közvélemény nem vette túl komolyan a sötét csillagokat, hiszen a sötét anyag maga is kiismerhetetlenül titokzatos és olyannyira keveset tudunk róla, hogy nem biztos, hogy érdemes egy kiforratlan elméletre további elméleteket építeni, elméleti építőkockákból elméleti várakat építeni. A James Webb űrteleszkóp legújabb felfedezése viszont újra reflektorfénybe helyezte a sötét csillagokat.
Kifordított csillagok
A sötét anyagról annyit tudunk biztosan, hogy a Világegyetemben lévő anyag körülbelül negyedét teheti ki, vizsgálata pedig szinte lehetetlen, hiszen kizárólag gravitációs hatása észlelhető, más módon viszont láthatatlan számunkra. A sötét anyag elnevezés félrevezető lehet, hiszen valójában nem sötét, hanem láthatatlan, mivel nem lép kölcsönhatásba a fénnyel sem. Azt sem tudjuk pontosan, hogy miből állhat.
A “hétköznapi” anyag elektronok, protonok és neutronok keveréke, de a sötét anyag részecskéi még ismeretlenek, csak feltételezések vannak. Az egyik elmélet szerint úgynevezett WIMP-ekből, azaz “gyengén kölcsönható, nagy tömeggel rendelkező részecskékből” állhatnak. Ez még egyáltalán nem bizonyított elmélet, de Freese csoportja ebből indult ki ahhoz, hogy megalkossák a sötét csillagok elméletét.
Forrás: Flickr.com /Argonne National Laboratory
A WIMP-ek rendkívül különlegesek, tömegük akár ezerszerese lehet egy protonénak, de legfontosabb tulajdonságuk, hogy nem lépnek kapcsolatba más részecskékkel, csak egymással, azt is kifordított módon.
A “hagyományos” részecskéknek van antirészecske párja, amely ellentétes töltésű, mint a protonnak az antiproton vagy az elektronnak a pozitron. Ezek egymással találkozva hatalmas robbanás következtében megsemmisülnek, annihilálódnak, a kettőben tárolt energia pedig egy vakító villanásként, fotonként távozik. A WIMP-ek antirészecskéjét viszont sajátmaguk képezik, így ha egymással találkoznak akkor történik meg az annihiláció. Ebben a folyamatban rengeteg energia szabadul fel egy robbanás képében.
Alternatív üzemanyag
A csillagok, mint a Nap, egy belső fúziós erőművel rendelkeznek, amelyet a gravitációs vonzás táplál. Évmilliók alatt az Univerzumban sodródó por lassan összeáll, majd egyre nagyobb testekké formálódik, egyre inkább vonzza a többi port és más testeket és megállás nélkül növekszik. Ahogy nő, egyre nő a tömege is, egyre nagyobb gravitációs erő húzza össze az egész testet, amely egy idő után akkora lesz, hogy az atommagok vészesen közel kerülnek egymáshoz, beindul a fúzió és a hidrogén atommagok hélium atommagokká válnak.
Ha viszont a csomósodást és csillaggá válást megelőző porfelhőben kellő mennyiségű WIMP található, amelyek folyamatosan annihilálódnak, ezzel robbanásokat, kilökéseket hozva létre, akkor a gravitációs sűrűsödésnek kialakul egy ellentétes irányú folyamata – mint egy leereszkedő légballon, amibe mindig fújnak egy kicsit. A sűrűsödő porfelhő a WIMP-ek révén ellenáll annak, hogy elérje azt a kritikus pillanatot, amikor kellően összesűrűsödik ahhoz, hogy beinduljon a fúzió és létrejöjjön a hagyományos csillag. A gravitációs vonzás egyre kisebb, sűrűbb objektumot hozna létre, de az annihilációk egyre csak löknek rajta egyet kifelé, kialakul egy kozmikus kötélhúzás. Freese és csoportja szerint valami ilyen objektum lehet egy sötét csillag. A kutatók szerint ehhez nem is kell túl sok a sötét anyagból, elég, ha az összes anyag 0.1 százalékát teszi ki.
Vakító sötétség
Bár ez a sötét anyag tartalom rendkívül alacsonynak tűnik, a folyamatosan annihilálódó részecskék nagy energiájú gamma sugárzást, azaz fényt bocsátanak ki, így ezek a sötét csillagok akár az Univerzum legfényesebb objektumai is lehetnek, amelyek egy egész galaxist is képesek túlragyogni fehér vagy kék fényükkel. A sötét csillagok életénél viszont még izgalmasabb azok halála. Egyszer ugyanis elfogy a sötét anyag üzemanyag, amely ellenállt annak, hogy a csillag összeessen – az évmilliók óta feszülő kötél egyik végén egyszer csak nincs senki. Amikor elfogyott a gravitációs vonzás ellen küzdő sötét üzemanyag, akkor hirtelen már semmi sem áll útjába annak, hogy az anyag magába zuhanjon.
Forrás: PxHere.com
Ekkor előfordulhat, hogy a felhalmozódott anyag a csillag állapotot átugorva kataklizmikus eseményként, azonnal fekete lyukká esik össze, sőt, azok közül is a legnagyobb, szupermasszív változattá. A szupermasszív fekete lyukak régóta okoznak jókora fejtörést a csillagászoknak, mivel létezésük szinte teljesen biztos, általában galaxisok középpontjában találhatóak, kialakulásuk viszont rejtély. Ha a sötét csillagok elmélete bizonyosságot nyer, akkor az megmagyarázhatja a szupermasszív fekete lyukak kialakulását is. Ez az egyik fő oka is annak, hogy a sötét csillag elmélet tartotta magát az elmúlt közel 20 évben.
Ősi csillagok
A James Webb űrteleszkóp (címképünkön) idén talált 4 olyan objektumot, amelyek tulajdonságai egybeesnek a sötét csillagok feltételezett tulajdonságaival.
Ezek az objektumok ráadásul úgy tűnik, hogy igazi aggastyánok, akár 14 milliárd évnél is öregebbek lehetnek, az Ősrobbanás után csupán néhány százmillió évvel keletkezhettek.
Érdemes leszögezni, hogy ez nem jelenti azt, hogy ezek valóban sötét csillagok, hanem azt, hogy nem zárható ki teljesen, hogy azok lennének, de nem ez az egyetlen magyarázat létükre.
“Egyelőre inkább az egyértelműbb magyarázat felé hajlunk.” – magyarázza Sandro Tacchella, a Cambridge Egyetem kutatója, aki szerint könnyen lehetnek kisméretű galaxisok is.
A végső ítélet viszont hamarosan megszülethet – a James Webb most októberben remélhetőleg nagyobb felbontású képekkel jelentkezik és elemzi az objektumok által kibocsátott fény összetételét is. Ha megtalálják a fényspektrumban a hélium egyik különleges formájának nyomait, akkor szinte biztos lehet, hogy valóban sötét csillaggal állunk szemben, amely óriási előrelépést jelenthet a csillagászatban és közelebb vinne minket ahhoz, hogyan is alakult ki és működik a körülöttünk lévő Világegyetem.
