Les astronomes auraient peut-être détecté les premiers signes d'étoiles sombres, alimentées par l'annihilation de matière noire plutôt que par la fusion nucléaire, dans des observations du Télescope spatial James-Webb. Ces objets pourraient expliquer des caractéristiques énigmatiques de l'univers primitif comme les trous noirs supermassifs, les petits points rouges et les monstres bleus. Les chercheurs suggèrent qu'elles forment des graines pour les trous noirs massifs et offrent des indices sur la nature de la matière noire.
Dans les conditions denses de l'univers primitif, des étoiles sombres pourraient émerger lorsque des nuages de gaz s'effondrent avec suffisamment de matière noire, entraînant une annihilation qui alimente l'étoile avant le début de la fusion nucléaire. Ce processus permet aux étoiles sombres de croître massivement sans s'effondrer prématurément, contrairement aux étoiles ordinaires qui fusionnent des éléments plus lourds jusqu'à épuisement du carburant et formation de trous noirs.
Une équipe dirigée par Katherine Freese à l'University of Texas at Austin a modélisé l'évolution de ces étoiles. Ils ont calculé que les étoiles sombres atteignent l'instabilité entre 1 000 et 10 millions de masses solaires, point à lequel la relativité générale provoque l'effondrement en trous noirs. George Fuller à l'University of California, San Diego, a expliqué : « Vous pouvez prendre une étoile ordinaire, de type masse solaire, y mettre de la matière noire pour que la source d'énergie ne soit pas des réactions nucléaires mais l'annihilation de matière noire, et vous pouvez continuer à l'alimenter. Tant que vous l'alimentez avec assez de matière noire, elle ne subira jamais l'évolution nucléaire qui la met en difficulté. »
Ce mécanisme résout l'énigme des trous noirs supermassifs observés seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Freese a noté : « Si vous avez un trou noir de 100 masses solaires, comment diable allez-vous atteindre 1 milliard de masses solaires en quelques centaines de millions d'années ? Ce n'est pas possible si vous ne fabriquez des trous noirs qu'à partir d'étoiles standards. » Les étoiles sombres pourraient fournir les grandes graines nécessaires à une croissance rapide.
Les données du Télescope spatial James-Webb sur les petits points rouges distants et les monstres bleus, initialement considérés comme des galaxies compactes, s'alignent également avec les caractéristiques des étoiles sombres. Le groupe de Freese a trouvé des indices provisoires d'absorption spectrale à des longueurs d'onde trop froides pour des étoiles ou galaxies normales. Cependant, Freese a mis en garde : « Pour l'instant, tous les candidats que nous avons, il y a deux choses qui correspondent aussi bien aux spectres : une étoile sombre supermassive ou une galaxie entière d'étoiles ordinaires. »
Dan Hooper à l'University of Wisconsin-Madison a décrit les preuves comme « une chose vraiment bien motivée qu'ils recherchent », bien que non définitive. Confirmer les étoiles sombres, selon Volodymyr Takhistov à la Japan's High Energy Accelerator Research Organization, révélerait les propriétés de la matière noire, surtout si elles ensemencent les trous noirs, car la masse d'effondrement dépend de la taille de la particule de matière noire. Des observations JWST plus précises sont nécessaires pour les distinguer des galaxies.