Группа американских физиков высказала предположение, что первые звезды в нашей Вселенной оказывались столь глубоко "завязшими" в облаках из темного вещества, что не способны были зажечься. Если эта гипотеза будет подтверждена, то современной космологии грозит радикальный пересмотр прежних теорий о звездном развитии и формировании черных дыр вскоре после Большого взрыва. Соответствующая статья публикуется в ближайшем выпуске авторитетного журнала Physical Review Letters (PRL).
В настоящее время большинство астрономов придерживается мнения, согласно которому нынешняя структура Вселенной сложилась в ходе формирования наблюдаемых объектов (звезд, галактик, квазаров, газопылевых облаков) в местах скопления темного вещества (то есть таинственной материи, общая масса которой раз в шесть превышает массу барионного (видимого) вещества, однако попытки обнаружить эту материю непосредственным образом пока остаются безуспешными). Предполагается, что скопления темного вещества служили в те давние времена (13 миллиардов лет назад) своеобразным гравитационным каркасом, вдоль которого сжимающиеся коллапсирующие облака газообразного водорода и гелия превращались в звезды и галактики первых поколений.
Однако теперь исследователи, возглавляемые физиком Паоло Гондоло (Paolo Gondolo) из Университета Юты (University of Utah) в Солт-Лейк-Сити, представили несколько иной сценарий. Согласно их вычислениям (которые пока еще не проверены полноценным компьютерным моделированием), эволюция звезд и галактик в те давние времена на какой-то срок была изрядно заторможена (этот период мог длиться 80-100 миллионов лет после Большого взрыва). Частицы, которые теперь считаются одним из наиболее вероятных кандидатов в темное вещество - нейтралино (neutralinos), - взаимодействуя друг с другом, порождая взаимно аннигилирующие кварки и антикварки и нагревая тем самым облака газа, формирующие звезды, препятствовали их уплотнению (до такой степени, чтобы могли зажечься первые ядерные реакции синтеза гелия из водорода). Парадокс состоит в том, что протозвезды, которые в будущем станут раскаленными объектами, изначально должны формироваться из холодных газовых облаков.
Таким образом, звезды оставались темными и холодными в течение довольно продолжительного промежутка времени, при этом они были гораздо крупнее, чем любые современные звезды - их поперечник мог составлять от 4 до 2000 астрономических единиц (1 а.е. - это 150 миллионов километров). Не исключается также и то, что эти гигантские темные звезды существуют где-то до сих пор. Если это так, то астрономы могли бы "поохотиться" на этих выживших экзотов, отыскивая характерное гамма-излучение, потоки нейтрино или даже античастицы (позитроны и антипротоны), исторгаемые аномальными межзвездными и межгалактическими облаками газообразного водорода. Отыскав подобные объекты, можно "заодно" найти и идентифицировать неуловимое темное вещество.
Гондоло признается, что хотел первоначально назвать новые гипотетические объекты "коричневыми (бурыми) гигантами" ("brown giant") - по аналогии с коричневыми карликами, то есть звездами, в 13-75 раз превосходящими по своей массе Юпитер, - однако соавторы настояли на другом названии:"темные звезды" ("dark stars"). Их вдохновила композиция "Dark Star", исполняемая с 1967 года рок-группой The Grateful Dead. Темные звезды должны состоять главным образом из обычного вещества в форме молекул водорода и гелия, однако выглядеть при этом непомерно "разбухшими" и излучать в инфракрасном (тепловом) диапазоне. В связи с этим определенные надежды Гондоло возлагает на космический телескоп "Хаббл" (Hubble Space Telescope) и на его будущего преемника, космический телескоп имени Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), работающий именно в инфракрасном диапазоне.
Интересно, что темные звезды могут объяснить чрезвычайно быстрое появление крупных черных дыр в ранней Вселенной (они существовали спустя уже несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, а все современные модели показывают, что такие объекты должны были появиться гораздо позже). Впрочем, для этого нужно лучше изучить возможную эволюцию подобных образований - обращаются ли они со временем в обычные звезды, остаются самоподдерживаемыми "черными звездами" или же, испытывая коллапс, превращаются в черные дыры.
Впрочем, не все астрономы с энтузиазмом восприняли новую концепцию. Так, известный ученый Абрахам Лёб (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA, Кембридж, штат Массачусетс) считает, что идея Гондоло опирается на весьма сомнительные предположения, реальное темное вещество совсем не обязательно будет концентрироваться в достаточных количествах (даже в пределах сверхгигантских звезд) для того, чтобы произвести предложенные эффекты.
Источники:
Drowning in Dark Matter? - ScienceNOW Daily News
Were The First Stars Dark? - University of Utah News Release
Earliest stars may have been 'dark,' study finds - Salt Lake Tribune
Ссылка:
The Effect of Dark Matter on the First Stars: A New Phase of Stellar Evolution - arXiv.org - astro-ph
Темное вещество (dark matter) составляет приблизительно 23% массового-энергетического "бюджета" Вселенной. Нормальное вещество, материал звезд, планет и людей, вносит только 4%. (Остальную часть Вселенной составляет еще более таинственная вещь, названная темной энергией - dark energy)
Некоторая малая часть темного вещества была уже идентифицирована и больше не является тайной. Трудноуловимые частицы нейтрино, про которые когда-то думали, что они имеют массу покоя, равную нулю, подобно фотонам, теперь признаны имеющими некий ненулевой вес и составляют часть этого самого "бюджета". Холодные мертвые звезды, найденные недавно в большом количестве, также вносят свой скромный вклад в этот общий зачет.
Большое количество физиков убеждено в том, что скрытая масса заключена в основном в элементарных частицах (аксионах, фотино, нейтрино, нейтралино, гравитино и других космино). Экспериментальные установки могут быть модифицированы так, чтобы стало возможным изучить некоторые из частиц темного вещества. Предполагается, что, когда интенсивный поток WIMPs пролетает через кристалл из германия и кремния, часть частиц будет изредка попадать в ядро кристаллической решетки, и решетка начнет вибрировать из-за толчков, поскольку WIMPs, по расчетам, должны иметь массу примерно такую же, как атом. Какая-то часть импульсов будет передана электронам в кристалле, заставляя их перескакивать. Каждый кристалл смонтирован со свинцовой батареей, и эффект наблюдается посредством помещения в него электрического поля и измерения потока заряда - метод, известный как ионизационное обнаружение. Один кристалл весом 900 г может испытать от 1 до 1000 взаимодействий с WIMPs каждый день, независимо от природы WIMPs.
| А также : | Наука Общество |