Među najudaljenijim objektima koje je svemirski teleskop James Webb registrirao početkom 2025. izdvojila su se tri izvora svjetlosti koji ne nalikuju ni ranim galaksijama ni prvim zvijezdama kakve očekujemo u tom razdoblju svemira. Po svojim svojstvima odgovaraju predviđanjima za tamne zvijezde, teoretske objekte koje pokreće energija tamne tvari, a ne nuklearna fuzija. Ideja postoji gotovo dva desetljeća, ali nikada dosad nije imala moguće kandidate u stvarnim podacima.
Naziv “tamne zvijezde” lako može stvoriti krivi dojam. Nisu zvijezde u klasičnom smislu, a nisu ni tamni objekti. Njihova bit leži u izvoru energije: zagrijavanju koje nastaje anihilacijom čestica tamne tvari u gusto ispunjenim područjima ranog svemira. Zbog takvog pogona mogli bi biti golemi, hladniji na površini, ali iznimno sjajni upravo zbog svoje izvanredne veličine.
Tamna tvar kao izvor energije
Znanstvenici su desetljećima fascinirani tamnom tvari i pokušavaju otkriti njezine tragove u akceleratorima čestica. Ako se tamne zvijezde potvrde, mogle bi pružiti posve drugačiji put prema tom cilju, pogotovo sada, kada pojedini radovi (kao ovaj) tvrde da bi se prvi tragovi tamne tvari možda već vidjeli.
Tamna tvar čini oko 27 posto svemira, ali se ne može izravno mjeriti jer ne emitira ni ne raspršuje elektromagnetsko zračenje. Sve što o njoj znamo temelji se na gravitacijskim učincima. Prema većini modela sastavljena je od električki neutralnih čestica koje nemaju nabijenih komponenti. Zbog toga ju teleskopi ne mogu registrirati na klasičan način, u interakciji sa svjetlom.
Mnogi modeli predviđaju da su čestice tamne tvari vlastite antičestice. Kada bi se dvije takve čestice susrele, međusobno bi se anihilirale i oslobodile energiju. Upravo na tom mehanizmu počiva ideja tamnih zvijezda.
Ako je gustoća tamne tvari u unutrašnjosti dovoljno velika, anihilacije bi bile česte i oslobađale bi energiju koja zagrijava okolni plin.
Kako bi tamne zvijezde nastale
U standardnoj slici nastanka zvijezda, oblaci vodika i helija iz ranog svemira kolabiraju pod gravitacijom, zagrijavaju se i pokreću nuklearnu fuziju. Tamna tvar u tom je modelu puki gravitacijski okvir koji drži oblak na okupu. No 2008. skupina astrofizičara pitala se što bi se dogodilo kada bi tamna tvar imala aktivniju ulogu.
U gustim dijelovima ranog svemira čestice tamne tvari često bi se sudarale i anihilirale, zagrijavajući plin i sprječavajući njegovo brzo kolabiranje. Time bi se odgodila nuklearna fuzije. Nastao bi objekt nalik zvijezdi, ali pogonjen grijanjem tamnom tvari, a ne fuzijom. Takvi bi objekti živjeli dulje od običnih zvijezda jer bi sjaj trajao sve dok privlače tamnu tvar iz okoline.
Tamne zvijezde trebale bi biti golemi, hladniji, ali vrlo sjajni objekti s minimalnom količinom elemenata težih od helija. Zbog površinske temperature isijavale bi većinom u infracrvenom dijelu spektra. Modeli predviđaju radijuse od nekoliko desetaka astronomskih jedinica i mase koje sežu od približno deset tisuća do čak deset milijuna masa Sunca.
Tri moguća primjera u Webbovim podacima
James Webb već je pronašao nekoliko izrazito udaljenih objekata koji izgledaju previše sjajno za uobičajene galaksije ili zvijezde iz tog doba. Jedno nedavno istraživanje izdvojilo je tri objekta čije su značajke u skladu s modelima supermasivnih tamnih zvijezda.
Znanstvenici su se usredotočili na količinu helija koju ti objekti sadrže. Budući da tamne zvijezde nisu pokretane fuzijom, ne bi trebalo biti procesa koji od helija stvaraju teže elemente. Jedan od kandidata pokazao je upravo ono što istraživači nazivaju najvažnijim mogućim tragom. U spektru se pojavila apsorpcija koja upućuje na znatno veću količinu helija nego što bi se očekivalo u običnoj ranoj galaksiji.
Veza s ranim crnim rupama
Sudbina tamne zvijezde ovisi o njezinoj masi. Ako je riječ o lakšem objektu, nakon što potroši tamnu tvar, gravitacija će sabiti preostali vodik i pokrenuti fuziju. U tom slučaju tamna zvijezda s vremenom postaje obična. Najmasivnije tamne zvijezde završile bi mnogo dramatičnije. Nakon što izgube izvor energije, kolabirale bi u crnu rupu. Takav kolaps mogao bi objasniti nastanak prvih supermasivnih crnih rupa.
Primjerice, crna rupa u galaksiji UHZ-1 ima masu blizu deset milijuna Sunčevih masa, a nastala je samo petsto milijuna godina nakon Velikog praska. Standardni modeli teško objašnjavaju tako brz rast. Tamne zvijezde nude mogući put kojim bi takve crne rupe nastale prirodnim slijedom.
To ipak nije jedino tumačenje. Dio astrofizičara smatra da ekstremno nakupljanje materijala može samo po sebi stvoriti divovske zvijezde, a promatranja teleskopa James Webb možda nisu dovoljno precizna da jasno razlikuju hladne, rjeđe tamne zvijezde od vrlo masivnih običnih.
Istraživači naglašavaju da će biti potrebna nova promatranja i napredniji modeli kako bi se ova enigma konačno razriješila. Nastavak analiza Webbovih podataka i budući teleskopi mogli bi presudno odrediti jesmo li zaista uočili prvi izravni trag energije tamne tvari u povijesti svemira.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
