Observationer från James Webb Space Telescope tyder på att universums tidigaste stjärnor kan ha varit supermassiva mörka stjärnor drivna av mörk materias annihilation snarare än kärnfusion. En ny studie identifierar fyra avlägsna objekt som matchar denna beskrivning, vilket potentiellt förklarar ljusa tidiga galaxer och supermassiva svarta hål. Dessa fynd bygger på teorier som föreslogs för över ett decennium sedan.
I det tidiga universum, cirka 300 miljoner år efter Big Bang, bildades de första stjärnorna från moln av väte och helium. En studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences den 14 oktober 2025, ledd av Cosmin Ilie vid Colgate University, tillsammans med Shafaat Mahmud, Jillian Paulin och Katherine Freese, analyserade JWST-data för att identifiera fyra kandidater för supermassiva mörka stjärnor.
Dessa objekt—JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 och JADES-GS-z11-0—vid rödförskjutningar upp till 14, uppvisar spektrala signaturer som är förenliga med supermassiva mörka stjärnor. "Supermassiva mörka stjärnor är extremt ljusa, jätteaktiga men puffiga moln som huvudsakligen består av väte och helium, vilka hålls uppe mot gravitationskollaps av små mängder självannihilerande mörk materia inuti dem," förklarade Ilie.
Konceptet härstammar från en artikel i Physical Review Letters från 2008 av Freese, Doug Spolyar och Paolo Gondolo, med utvidgningar 2010 som detaljerade hur sådana stjärnor kunde växa massiva och kollapsa till supermassiva svarta hål. En PNAS-studie från 2023 hade tidigare flaggat kandidater med fotometriska data; nu bekräftar spektroskopisk analys med JWST:s NIRSpec kompatibiliteten.
Freese, direktör för Weinberg Institute vid UT Austin, noterade: "För första gången har vi identifierat spektroskopiska kandidater för supermassiva mörka stjärnor i JWST, inklusive de tidigaste objekten vid rödförskjutning 14, bara 300 miljoner år efter Big Bang. Med en massa en miljon gånger solens är sådana tidiga mörka stjärnor viktiga inte bara för att lära oss om mörk materia utan också som föregångare till de tidiga supermassiva svarta hålen som ses i JWST."
En nyckelfunktion är en absorptionslinje vid 1640 Ångström från joniserat helium, observerad i JADES-GS-z14-0 med ett signal-brusförhållande på cirka 2. Ilie beskrev detta som en "rökmolns-signatur." ALMA-observationer av samma objekt detekterade syreemission, vilket tyder på en metallrik miljö, möjligen från en sammansmältning eller samskapande med vanliga stjärnor.
Dessa mörka stjärnor, drivna av svagt interagerande massiva partiklar (WIMPs) som annihilierar i mörk materiahalos, kunde lösa pussel som oväntat ljusa tidiga galaxer och ursprunget till avlägsna kvasarers svarta hål.