Zvijezde blizu središta naše galaksije ponašaju se neobično. Tamna tvar možda je objašnjenje za ovo ponašanje.
Tim znanstvenika otkrio je potencijalno novu vrstu zvijezda koje bi mogle postojati unutar jedne svjetlosne godine od središta Mliječne staze. Ove zvijezde bi mogle djelovati prema neobičnom mehanizmu: anihilaciji tamne tvari. Ovaj proces bi proizvodio vanjski tlak na zvijezde, osim fuzije vodika, sprječavajući njihovo gravitacijsko urušavanje i čineći ih praktički besmrtnima, njihova mladost se stalno obnavlja.
Nova regija na Hertzsprung-Russell dijagramu
Kolektivno, zvijezde pogonjene tamnom tvari nastanile bi novu regiju na dugo uspostavljenom dijagramu koji klasificira zvijezde prema njihovoj temperaturi i sjaju, postavljajući ih izvan tzv. glavnog niza gdje se nalazi većina zvijezda.
Promatranje našeg Galaktičkog središta, oko kojeg rotiraju zvijezde galaksije, prilično je teško jer je regija izuzetno sjajna. Supermasivna crna rupa, Sagittarius A*, nalazi se u središtu, s masom četiri milijuna puta većom od sunčeve. To je svijetli izvor radiovalova i snimljen je 2022. godine. Zvijezde blizu Sgr A* kruže oko njega brzinama od nekoliko tisuća kilometara u sekundi (u usporedbi s brzinom Sunca od 240 km/s).
Zagonetne zvijezde S-klastera
Ove unutarnje zvijezde, nazvane ‘zvijezde S-klastera’, vrlo su zagonetne. Njihove osobine nisu slične nijednoj drugoj zvijezdi u Mliječnoj stazi. Njihovo podrijetlo je nepoznato jer se okoliš unutar tri svjetlosne godine od središta smatra neprijateljskim za formiranje zvijezda. Čini se da su mnogo mlađe nego što bi se očekivalo ako su se pomaknule iz nekog drugog mjesta. Najtajanstvenije od svega, izgledaju neobično mlade, s manje starijih zvijezda u susjedstvu nego što se očekivalo, a također, neočekivano, ima mnogo teških zvijezda.
Zvijezde su “nuklearne peći” koje stvaraju toplinu spaljujući vodik putem nuklearne fuzije. Toplinsko zračenje iz ove reakcije, kao i termodinamička konvekcija zvjezdane plazme, vrše vanjsku silu na sastojke zvijezde – uglavnom vodik i helij. Ta sila je uravnotežena unutarnjom silom gravitacije.
Hertzsprung-Russell (HR) dijagram klasificira zvijezde prikazujući njihov sjaj u odnosu na efektivnu temperaturu njihove površine. Isključujući bijele patuljke i crvene divove, “glavni niz” ovog dijagrama proteže se od gornjeg lijevog do donjeg desnog kuta, a većina zvijezda se nalazi na ovoj liniji. Sunce se nalazi blizu sredine jer se sjaji prikazuju kao omjer sa sjajem Sunca. Zvijezde na različitim mjestima na nizu odgovaraju zvijezdama različitih masa i starosti.
Uloga tamne tvari
Međutim, tamna tvar također postoji u galaksiji. Njezina prisutnost je zaključena na temelju promatranja koja otkrivaju nedostatak obične materije da bi se objasnila veća od očekivane brzina rotacije zvijezda oko Galaktičkog središta.
Gustoća tamne tvari je najviša blizu središta i opada s udaljenošću od njega. Razumno je očekivati da bi bila inkorporirana unutar zvijezda blizu središta, gdje je tamna tvar najgušća. Ako je tako, anihilacija tamne tvari – sudaranje čestica tamne tvari i antičestica koje proizvode fotone, elektrone itd. – bi vršila dodatni vanjski tlak unutar zvijezde i mogla bi čak dominirati nad nuklearnom fuzijom.
Istraživanja i modeli
Istraživački tim sa Sveučilišta u Stockholmu i Stanfordu otkrio je da inkorporiranje energije tamne tvari u dinamiku najdubljih zvijezda – onih unutar otprilike trećine svjetlosne godine od središta (što je ekvivalent otprilike 8% udaljenosti do Suncu najbliže zvijezde) – rješava mnoge poznate paradokse. Kako bi inkorporirali anihilaciju tamne tvari, grupa je koristila relativno standardne parametre formiranja zvijezda tijekom evolucijskog tijeka Mliječne staze, i čestice tamne tvari tek nešto masivnije od protona. Koristeći računalni model evolucije zvijezda, pretpostavili su da zvijezde migriraju na glavnom nizu prema Galaktičkom središtu, a zatim su počeli ubrizgavati energiju tamne tvari u sastav zvijezde. Zvijezda je zatim evoluirala dok nije dosegla granu crvenih divova na HR dijagramu, ili dok nije dosegla starost od 10 milijardi godina, što je životni vijek Mliječne staze.
Rezultati simulacija
Izračunali su populacije zvijezda bez i s prisutnošću tamne tvari. S tamnom tvari, masivnije zvijezde su iskusile nižu gustoću tamne tvari, i vodik u njihovoj jezgri se fuzionirao sporije i njihova evolucija je usporena. Ali zvijezde u području više gustoće tamne tvari bile su značajno promijenjene – održavale su ravnotežu kroz spaljivanje tamne tvari s manje ili bez fuzije, što je dovelo do nove populacije zvijezda u HR regiji iznad glavnog niza.
“Naše simulacije pokazuju da zvijezde mogu preživjeti samo na tamnoj tvari kao gorivu”, rekla je vodeća suautorica Isabelle John sa Sveučilišta u Stockholmu, “i budući da postoji izuzetno velika količina tamne tvari blizu Galaktičkog Centra, te zvijezde postaju besmrtne,” ostajući zauvijek mlade, zauzimajući novu, različitu, promatranu regiju HR dijagrama.
Njihov model tamne tvari možda može objasniti još više poznatih misterija. “Za lakše zvijezde, vidimo u našim simulacijama da postaju vrlo napuhane i možda čak izgube dijelove svojih vanjskih slojeva”, rekla je John. Napomenula je da “nešto slično ovome može se promatrati u Galaktičkom središtu: tzv. G-objekti, koji bi mogli biti slični zvijezdama, ali s plinskim oblakom oko sebe.”
Poznato je ograničen broj pojedinačnih zvijezda koje postoje tako blizu Galaktičkog središta, jer je regija izuzetno svijetla. Nadolazeći teleskopi od 30 metara moći će mnogo bolje vidjeti u regiju, što će znanstvenicima omogućiti bolje razumijevanje populacije njezinih zvijezda i potvrditi ili odbaciti tamni glavni niz.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
