Похоже, астрономы нашли первые звезды, питающиеся темной материей, — «потерянное звено» между Большим взрывом и черными дырами?

Представьте себе самые первые мгновения после Большого взрыва. Вселенная — это кипящий котёл из водорода, гелия и… чего-то ещё. Чего-то невидимого, таинственного, что мы называем тёмной материей. Мы знаем, что она есть, потому что видим её гравитационное влияние на галактики, но до сих пор она оставалась неуловимым призраком. А что, если этот призрак мог не просто скрываться в тени, а зажигать первые звёзды?

Звучит как научная фантастика, не правда ли? Тем не менее, последние данные с телескопа «Джеймс Уэбб» заставляют астрономов всерьёз обсуждать именно эту, казалось бы, безумную идею. Возможно, мы стоим на пороге открытия «тёмных звёзд» — гипотетических исполинов, работающих на топливе, которое мы даже не можем увидеть.

Так, стоп. Звезда из тёмной материи?

Давайте сразу внесём ясность. Тёмная звезда — это не объект, полностью состоящий из тёмной материи. Скорее, это гибрид. Идея, впервые предложенная ещё в 2007 году группой учёных во главе с Кэтрин Фриз, рисует следующую картину.

В молодой Вселенной гигантские облака из обычного газа (водорода и гелия) должны были под действием собственной гравитации сжиматься. По всем правилам, такой колоссальный объём материи должен был неминуемо сколлапсировать в чёрную дыру. Но что, если в этом облаке присутствовала и тёмная материя особого, самоаннигилирующего типа?

В чём же дело? При аннигиляции — процессе, когда частицы тёмной материи сталкиваются и уничтожают друг друга — выделяется огромное количество энергии. Эта энергия, по задумке Фриз, могла бы противодействовать гравитационному сжатию. Она бы разогревала газовое облако изнутри, не давая ему коллапсировать. В результате рождался бы не термоядерный реактор, как наши обычные звёзды, а гигантский, невероятно яркий, но относительно «холодный» и рыхлый пузырь, подпитываемый невидимым топливом. Эдакая звезда-призрак.

Охота на призраков с помощью «Джеймса Уэбба»

Долгое время эта теория оставалась изящной, но чисто умозрительной конструкцией. Всё изменилось с запуском телескопа «Джеймс Уэбб». Его способность заглядывать в космический рассвет, на 13 миллиардов лет в прошлое, позволила увидеть объекты, которые до этого были нам недоступны.

И вот в 2022 году телескоп начал присылать изображения странных объектов: невероятно ярких, массивных и очень далёких. Сначала их приняли за первые мини-галактики. Но что-то не сходилось. Они выглядели слишком уж округлыми и однородными. Команда Кэтрин Фриз обратила на них внимание: а что, если это не галактики, а те самые тёмные звёзды?

Новые данные, полученные с помощью спектроскопии — по сути, это способ «прочитать» химический состав и свойства объекта по его свету, — укрепили подозрения. Световые «отпечатки пальцев» нескольких кандидатов поразительно совпали с тем, что предсказывала теория тёмных звёзд.

А знаете, что самое интригующее? В одном из объектов обнаружили намёк на присутствие особого гелия, у которого отсутствует электрон. По словам Фриз, если этот сигнал подтвердится, он станет практически неопровержимым доказательством. Объяснить его наличие чем-то, кроме процессов внутри тёмной звезды, будет крайне сложно.

Не всё так просто: скептики и кислородный парадокс

Однако, как и в любой хорошей научной драме, на сцене появились скептики. Дэниел Уилен из Портсмутского университета считает, что команда Фриз упускает из виду более «простое» объяснение. Он говорит о существовании альтернативной теории — сверхмассивных первичных звёзд. Это тоже гиганты ранней Вселенной, но для их существования не нужна экзотическая тёмная материя. И, по мнению Уилена, они могли бы выглядеть очень похоже на то, что увидел «Уэбб».

К спору добавляется ещё одна головоломка — кислород. Наблюдения на другом телескопе, ALMA, показали следы кислорода вблизи этих объектов. Это серьёзная проблема. Тёмные звёзды, как и любые первенцы Вселенной, должны состоять исключительно из водорода и гелия. Кислород — это продукт «жизнедеятельности» обычных звёзд, которые должны были прожить свой век и взорваться как сверхновые, чтобы рассеять его по космосу.

Как стороны объясняют этот парадокс?

• Кэтрин Фриз предполагает, что тёмная звезда могла находиться не в одиночестве, а в скоплении, где рядом уже успели пожить и умереть обычные звёзды.
• Дэниел Уилен настроен более категорично. Он считает, что само присутствие кислорода означает, что условия для формирования тёмной звезды были нарушены взрывами сверхновых. Для него это знак, что мы видим что-то другое.

Зачем всё это нужно? Ключ к главным загадкам космоса

Этот научный спор — не просто борьба за правоту. На кону стоит решение одной из величайших загадок современной космологии: проблемы сверхмассивных чёрных дыр.

«Джеймс Уэбб» обнаружил, что в ранней Вселенной существовали чёрные дыры в миллиарды раз массивнее Солнца. Это нонсенс. По нашим текущим моделям, чёрные дыры растут, поглощая материю, но на это нужно время. Чтобы вырасти до таких размеров так быстро, им нужен был гигантский «зародыш». Это как пытаться вырастить 500-летний дуб за три года — нужен не жёлудь, а уже вполне взрослое дерево.

И вот тут тёмные звёзды предлагают изящное решение. Эти объекты, по расчётам, могли быть в миллионы раз массивнее Солнца. Когда их топливо из тёмной материи заканчивалось, они неминуемо коллапсировали бы, оставляя после себя именно такой огромный зародыш чёрной дыры, который нужен для объяснения наблюдений.

Так что же мы видим на снимках «Джеймса Уэбба»? Первые галактики? Неизвестный тип гигантских звёзд? Или всё-таки призрачных исполинов, питающихся тёмной материей? Ответ пока не найден. Но одно ясно точно: заглянув в колыбель Вселенной, мы увидели нечто, что заставляет нас пересматривать самые основы того, как зажёгся первый свет. И эта загадка, честно говоря, увлекает похлеще любого детектива.