Heeft Webb donkere sterren gezien?
De eerste generatie sterren in het heelal moet nog worden waargenomen. Er zijn twee leidende theorieën voor die objecten: waterstof verbrandende populatie III-sterren en de zogenaamde “donkere sterren”, gemaakt van waterstof en helium maar aangedreven door donkere materie in plaats van kernfusie.
Nieuw onderzoek toont aan dat JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 en JADES-GS-Z11-0 – drie kandidaat-stelsels met een hoge roodverschuiving gedetecteerd door de Webb Space Telescope – consistent zijn met een superzware donkere ster-interpretatie, waarmee de eerste donkere sterkandidaten werden geïdentificeerd. Donkere materie is de mysterieuze substantie die ongeveer 25% van het heelal uitmaakt.
Er is een sterk indirect bewijs ervan door metingen van kosmische oerstraling, anomalieën in de radiale afhankelijkheid van galactische rotatiecurven en zwaartekrachtlenzen.
Ondanks zijn ogenschijnlijk centrale rol in het heelal blijft de fysieke oorsprong van donkere materie onbekend. Theoretisch natuurkundigen vermoeden dat het is gemaakt van onzichtbare deeltjes die licht niet reflecteren of absorberen maar die wel zwaartekracht kunnen uitoefenen.
Experimenten over de hele wereld proberen dergelijke deeltjes te detecteren en te bestuderen. Een van de leidende kandidaten zijn WIMP’s (zwak met elkaar in wisselwerking staande massieve deeltjes). Wanneer ze botsen vernietigen deze deeltjes zichzelf waardoor warmte wordt afgezet in ineenstortende waterstofwolken en deze worden omgezet in heldere schijnende donkere sterren.
De identificatie van superzware donkere sterren zou de mogelijkheid openen om meer te weten te komen over de donkere materie op basis van hun waargenomen eigenschappen. Vervolgwaarnemingen van Webb van de spectroscopische eigenschappen van de objecten zouden kunnen helpen bevestigen of deze kandidaat-objecten inderdaad donkere sterren zijn.
Het bevestigen van het bestaan van donkere sterren kan ook helpen bij het oplossen van een door Webb gecreëerd probleem: er lijken te veel grote sterrenstelsels in het vroege heelal te zijn om te voldoen aan de voorspellingen van het standaardmodel van de kosmologie.
Volgens Dr. Katherine Freese, astrofysicus aan de Universiteit van Texas, is het waarschijnlijker dat er iets binnen het standaardmodel moet worden aangepast, om iets geheel nieuws voorstellen, zoals zij deden, altijd minder waarschijnlijk is.
Maar als sommige van deze objecten die eruit zien als vroege sterrenstelsels eigenlijk donkere sterren zijn, komen de simulaties van het ontstaan van sterrenstelsels beter overeen met waarnemingen.
JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, and JADES-GS-z11-0 werden oorspronkelijk in december 2022 geïdentificeerd als sterrenstelsels door de JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Met behulp van spectroscopische technieken bevestigde het JADES-team dat de objecten 320 tot 400 miljoen jaar na de Oerknal werden waargenomen, waardoor ze tot de vroegste objecten ooit werden gezien.
Volgens Dr. Freese zijn er, kijkende naar de Webbdata, twee concurrerende mogelijkheden voor deze objecten.
Een daarvan is dat het sterrenstelsels zijn die miljoenen gewone Populatie III-sterren bevatten. De andere is dat het donkere sterren zijn. En geloof het of niet maar één donkere ster heeft genoeg licht om te concurreren met een heel sterrenstelsel. Donkere sterren zouden in theorie kunnen uitgroeien tot enkele miljoenen zonsmassa’s en tot 10 miljard keer zo helder als de Zon zijn.
In 2012 werd al voorspeld dat superzware donkere sterren met de Webb zouden kunnen worden waargenomen.
Volgens Dr. Freese is het ontdekken van een nieuw type ster op zich al best interessant, maar het ontdekken dat het donkere materie is die deze sterren aandrijft zou enorm zijn.
Het onderzoek wordt nader beschreven in een artikel in de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Artikel: Cosmin Ilie et al. 2023. Supermassive Dark Star candidates seen by JWST. PNAS 120 (30): e2305762120; doi: 10.1073/pnas.2305762120
Eerste publicatie: 16 juli 2023
Bron: sci-news & anderen
