Astronomer kan ha upptäckt de första tecknen på mörka stjärnor, som drivs av mörk materi-annihilation istället för kärnfusion, i observationer från James Webb Space Telescope. Dessa objekt kan förklara gåtfulla drag i det tidiga universum som supermassiva svarta hål, små röda prickar och blå monster. Forskare föreslår att de bildar frön för massiva svarta hål och ger ledtrådar till mörk materiets natur.
I de täta förhållandena i det tidiga universum kunde mörka stjärnor uppstå när gasmoln kollapsar med tillräckligt med mörk materia, vilket leder till annihilation som driver stjärnan innan kärnfusionen börjar. Denna process låter mörka stjärnor växa massivt utan att kollapsa för tidigt, till skillnad från vanliga stjärnor som fusionerar tyngre element tills bränslet tar slut och bildar svarta hål.
Ett team ledd av Katherine Freese vid University of Texas at Austin modellerade dessa stjärnors utveckling. De beräknade att mörka stjärnor når instabilitet mellan 1 000 och 10 miljoner solmassor, varvid allmän relativitetsteori orsakar kollaps till svarta hål. George Fuller vid University of California, San Diego förklarade: «Du kan ta en vanlig solmassesstjärna, lägga i lite mörk materia så att energikällan inte är kärnreaktioner utan mörk materi-annihilation, och du kan fortsätta mata den. Så länge du fortsätter mata den med tillräckligt med mörk materia också, kommer den aldrig att genomgå den kärn evolution som ställer till det för den.»
Denna mekanism hanterar pusslet med supermassiva svarta hål observerade bara hundratals miljoner år efter Big Bang. Freese noterade: «Om du har ett svart hål på 100 solmassor, hur fan ska du komma upp i 1 miljard solmassor på några hundra miljoner år? Det är bara inte möjligt om du bara gör svarta hål från standardstjärnor.» Mörka stjärnor kunde ge de stora fröna som behövs för snabb tillväxt.
James Webb Space Telescope-data om avlägsna små röda prickar och blå monster, som initialt tros vara kompakta galaxer, stämmer också med mörka stjärnors egenskaper. Freese grupp fann preliminära spektrala absorptionshintar vid våglängder för kalla för normala stjärnor eller galaxer. Freese varnade dock: «Just nu, alla kandidater vi har, finns det två saker som kunde passa spektrena lika bra: en supermassiv mörk stjärna eller en hel galax av vanliga stjärnor.»
Dan Hooper vid University of Wisconsin-Madison beskrev bevisen som «en riktigt välmotiverad sak som de letar efter», även om det inte är definitivt. Att bekräfta mörka stjärnor, enligt Volodymyr Takhistov vid Japans High Energy Accelerator Research Organization, skulle avslöja mörk materiets egenskaper, särskilt om de sår svarta hål, eftersom kollapsmassan beror på mörk materi-partikelns storlek. Mer precisa JWST-observationer behövs för att skilja dem från galaxer.