Считается, что самые первые звезды питались темной материей. Не исключено, что эти невидимые гиганты, зародившиеся почти 13 миллиардов лет назад, существуют во Вселенной до сих пор. Возможно, они просто не излучают видимого света, что затрудняет их обнаружение.
Первоначально исследователь Паоло Гондоло, профессор астрофизики частиц в университете Юты (США), который занимается этой проблемой, хотел назвать новый, теоретически существующий тип невидимых звезд — "коричневые гиганты", подобно коричневым карликам, имеющим приблизительный размер Юпитера, но, соответственно, гораздо более массивным. Однако его коллеги настояли на том, чтобы обозначить их как "темные звезды", в честь одноименной песни, которая впервые была исполнена в 1967 году всеми любимой рок-группой "Grateful Dead".
По предположениям ученых, "темные звезды" должны быть в 200-400 тысяч раз больше в диаметре, чем наше Солнце, и в 500-1000 раз больше сверхмассивных черных дыр. Зародившиеся почти 13 миллиардов лет назад, "темные звезды" могут существовать и по сей день, хотя и не излучая видимого света. Дело в том, что астрономам сложно обнаружить эти таинственные гиганты, так как для того, чтобы стать видимыми, они должны источать гамма-лучи, нейтроны и антивещество. Мало того, они должны быть окутаны облаками холодного молекулярного водородного газа, которого сейчас недостаточно, чтобы питать энергичные частицы таких объектов.
Если ученым удастся обнаружить их, то это поможет найти и идентифицировать темную материю. Тогда можно будет выяснить, почему черные дыры формируются так быстро. Ученые полагают, что невидимая и пока еще неопознанная темная материя составляет приблизительно 95 процентов всего содержимого Вселенной. Они убеждены, что она существует — этому есть множество доказательств. Например, галактики вращаются гораздо быстрее, чем это должно было быть, если учесть только те объекты, которые обнаружены на сегодняшний день в пределах нашей видимости.
По мнению ученых, частицами темной материи могут быть так называемые WIMP, или слабо взаимодействующие массивные частицы. Одной из изученных разновидностей WIMP исследователи считают нейтрино, участвующие в гравитационном взаимодействии. Подобные частицы могут уничтожить друг друга, производя при этом высокую температуру. Частицы темной материи также вырабатывают кварки (гипотетические фундаментальные элементы, из которых, по современным представлениям, состоят все элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии), а также копии антивещества — антикварки, которые при столкновении испускают гамма-лучи, нейтрино и антивещества, такие как позитроны и антипротоны.
Исследователи вычислили, что в новорожденной Вселенной, приблизительно 80-100 миллионов лет после того, как произошел Большой взрыв, уничтожавшиеся прото-звездные облака водорода и гелия охлаждались и сжимались, при этом оставаясь горячими и массивными. В результате этих процессов могли сформироваться темные звезды, питаемые темной материей вместо ядерной энергии (как в обычных звездах). Они состояли в значительной степени из обычной материи, главным образом водорода и гелия, но были значительно массивнее и больше по объему, чем Солнце и большинство других современных звезд.
"Это абсолютно новый тип звезды, которая обладает новым источником энергии", — уверена исследователь Кэтрин Фриз, физик-теоретик из Мичиганского Университета. "Хотя, по нашим предположениям, в состав темных звезд входит менее одного процента темной материи, все же это играет большое значение, — объяснил Паоло Гондоло. — Это позволяет им преобразовывать всю их массу в энергию со стопроцентной эффективностью. Обычные звезды, которые питаются ядерной энергией, преобразовывают лишь небольшую фракцию их массы в энергию — всего лишь один-два процента".
Исследователи предполагают, возможно, эти звезды группируются в одном месте, и их группы могут быть обнаружены Космическим телескопом нового поколения Джеймса Вебба, который планируется запустить в 2014 году. Но Кэтрин Фриз также допускает и тот факт, что темные звезды уже не формируются сегодня: "Ранняя Вселенная была меньше по размеру, то есть более компактна, чем сейчас, и все было более плотным, включая количество темной материи, которая распространялась повсюду, — объяснила она. — Теперь Вселенная расширилась, и плотность снизилась, таким образом, формирование темных звезд в нынешних условиях крайне затруднительно".
"Если бы мы действительно обнаружили темные звезды, они бы дали нам очень важную информацию — что темная материя состоит из элементарных частиц, — добавил Гондоло. — На данный момент мы ведь ничего не знаем о том, из чего состоит темная материя. Мы только догадываемся о месте ее существования, рассчитываем приблизительные концентрации, но еще не постигли ее природу".
По предположениям ученых, "темные звезды" должны быть в 200-400 тысяч раз больше в диаметре, чем наше Солнце, и в 500-1000 раз больше сверхмассивных черных дыр. Зародившиеся почти 13 миллиардов лет назад, "темные звезды" могут существовать и по сей день, хотя и не излучая видимого света. Дело в том, что астрономам сложно обнаружить эти таинственные гиганты, так как для того, чтобы стать видимыми, они должны источать гамма-лучи, нейтроны и антивещество. Мало того, они должны быть окутаны облаками холодного молекулярного водородного газа, которого сейчас недостаточно, чтобы питать энергичные частицы таких объектов.
Если ученым удастся обнаружить их, то это поможет найти и идентифицировать темную материю. Тогда можно будет выяснить, почему черные дыры формируются так быстро. Ученые полагают, что невидимая и пока еще неопознанная темная материя составляет приблизительно 95 процентов всего содержимого Вселенной. Они убеждены, что она существует — этому есть множество доказательств. Например, галактики вращаются гораздо быстрее, чем это должно было быть, если учесть только те объекты, которые обнаружены на сегодняшний день в пределах нашей видимости.
По мнению ученых, частицами темной материи могут быть так называемые WIMP, или слабо взаимодействующие массивные частицы. Одной из изученных разновидностей WIMP исследователи считают нейтрино, участвующие в гравитационном взаимодействии. Подобные частицы могут уничтожить друг друга, производя при этом высокую температуру. Частицы темной материи также вырабатывают кварки (гипотетические фундаментальные элементы, из которых, по современным представлениям, состоят все элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии), а также копии антивещества — антикварки, которые при столкновении испускают гамма-лучи, нейтрино и антивещества, такие как позитроны и антипротоны.
Исследователи вычислили, что в новорожденной Вселенной, приблизительно 80-100 миллионов лет после того, как произошел Большой взрыв, уничтожавшиеся прото-звездные облака водорода и гелия охлаждались и сжимались, при этом оставаясь горячими и массивными. В результате этих процессов могли сформироваться темные звезды, питаемые темной материей вместо ядерной энергии (как в обычных звездах). Они состояли в значительной степени из обычной материи, главным образом водорода и гелия, но были значительно массивнее и больше по объему, чем Солнце и большинство других современных звезд.
"Это абсолютно новый тип звезды, которая обладает новым источником энергии", — уверена исследователь Кэтрин Фриз, физик-теоретик из Мичиганского Университета. "Хотя, по нашим предположениям, в состав темных звезд входит менее одного процента темной материи, все же это играет большое значение, — объяснил Паоло Гондоло. — Это позволяет им преобразовывать всю их массу в энергию со стопроцентной эффективностью. Обычные звезды, которые питаются ядерной энергией, преобразовывают лишь небольшую фракцию их массы в энергию — всего лишь один-два процента".
Исследователи предполагают, возможно, эти звезды группируются в одном месте, и их группы могут быть обнаружены Космическим телескопом нового поколения Джеймса Вебба, который планируется запустить в 2014 году. Но Кэтрин Фриз также допускает и тот факт, что темные звезды уже не формируются сегодня: "Ранняя Вселенная была меньше по размеру, то есть более компактна, чем сейчас, и все было более плотным, включая количество темной материи, которая распространялась повсюду, — объяснила она. — Теперь Вселенная расширилась, и плотность снизилась, таким образом, формирование темных звезд в нынешних условиях крайне затруднительно".
"Если бы мы действительно обнаружили темные звезды, они бы дали нам очень важную информацию — что темная материя состоит из элементарных частиц, — добавил Гондоло. — На данный момент мы ведь ничего не знаем о том, из чего состоит темная материя. Мы только догадываемся о месте ее существования, рассчитываем приблизительные концентрации, но еще не постигли ее природу".