Temná hmota a temná energie už patří k všeobecně celkem běžně přijímaným součástem fyziky. Jejich výzkumu se věnuje celá řada vědců. Věděli jste ale, že možná existují i temné hvězdy? To vás může možná trochu zaskočit, protože byste si mohli říci, že temná hmota nedokáže vytvořit větší struktury. A měli byste docela pravdu. Přesto je existence temných hvězd skutečně reálná možnost, jak naznačují nedávné výsledky Vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Co přesně nám nový výzkum říká a jak by případné temné hvězdy vypadaly? Na to se podíváme v dnešním článku.
Webbův dalekohled a výzkum vzdáleného vesmíru
Zdroj: https://www.esa.int/
Asi víte, že studium objektů ve velmi vzdálených končinách našeho vesmíru je jedním z hlavních úkolů Webbova teleskopu. Především jde o hledání velmi vzdálených galaxií a kvasarů, do hledáčku se ale dostávají i další objekty, jako jednotlivé hvězdy, kulové hvězdokupy nebo supermasivní černé díry. U nich se měří rudý posuv a poté také určuje odpovídající vzdálenost.
V poslední době se tato oblast Webbova průzkumu dostává hodně do popředí a to zejména kvůli objevům velmi vzdálených galaxií. Je ovšem třeba trochu krotit nadšení, u některých objektů došlo po přeměření k výrazné redukci rudého posuvu a tím i vzdálenosti, faktem ovšem je, že díky galaxii GLASS-z12 už Webb překonal rekord a právě jeho zásluhou dnes známe nejvzdálenější galaxii.
Zdroj: https://universemagazine.com/
Kromě toho ale známe i celou řadu kandidátských objektů, u nichž dosud nevíme jistě, zda jejich rudý posuv skutečně odpovídá naměřené hodnotě. A podle týmu astrofyziků z Colgate University a University of Texas nevíme jistě ani to, zda se opravdu jedná o galaxie. Podle jejich názoru to totiž nejsou galaxie, ale tzv. temné hvězdy.
Temné hvězdy
Zdroj: https://cff2.earth.com/
Už v roce 2007 navrhl tým ve zcela stejném složení myšlenku temných hvězd obsahujících temnou hmotu. Jak je to ale možné, když by temná hmota neměla tvořit takto velké struktury? Nebo jsou snad naše poznatky o temné hmotě špatně? Ne tak docela. Trik spočívá v tom, že temná hvězda není tvořena jen a pouze temnou hmotou. Ve skutečnosti by šlo hlavně o to, že zatímco jsou běžné hvězdy poháněny fúzní reakcí ve svém jádru, temným hvězdám by dodávala energii temná hmota.
Zdroj: https://archive.stsci.edu/
Od té doby astrofyzikové tuto myšlenku zkoumali a vypracovali rovněž několik modelů, jak by mohly tyto objekty vypadat. Odvodili taktéž jejich pravděpodobné vlastnosti. Domnívají se, že se temné hvězdy mohly tvořit zejména těsně po vzniku vesmíru. A to nikoliv z temné hmoty, která by tvořila jen menšinu jejich složení, ale hlavně z vodíku a helia, úplně stejně jako normální hvězdy. Protože by v nich ale byl přeci jen přítomen i dostatek temné hmoty, získávaly by energii a teplo právě díky ní, nikoliv termonukleární fúzní reakcí, jako je tomu u jiných druhů hvězd.
Podle numerických simulací se zdá, že pokud takové hvězdy skutečně existují, jsou mnohem větší, než všechny ostatní známé a pozorované typy hvězd. Dokonce by měly být tak velké, že by se ze Země mohly jevit jako galaxie. Skupina vědců proto analyzovala pozorování Webbova dalekohledu a skutečně našla to, co hledala. Konkrétně v datech z přehlídkového programu JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), který primárně slouží právě k průzkumu velmi vzdáleného vesmíru.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Vědce konkrétně zaujaly tři objekty a to JADES-GS-z11, JADES-GS-z12 a JADES-GS-z13. U všech zjistili, že dosti dobře odpovídají charakteristikám, které pro temné hvězdy určili z teorie a ze simulací. Jejich hypotéza navíc pěkně vysvětluje, proč tyto tři objekty neodpovídají tradičním modelům galaxií. Je tak možné, že některé z velmi vzdálených galaxií, o nichž se uvažovalo, že překonají rekordy předchozích observatoří, ve skutečnosti vůbec nejsou galaxiemi.
Podle zjištění vědeckého týmu se zdá, že se temné hvězdy postupem času zhroutí na supermasivní černé díry. To je opět příjemný bonus této hypotézy, pomáhá vysvětlit proč je ve vesmíru tolik černých děr a odpovídá na otázku, jak se mohly tak rychle zrodit a nabrat tak vysokou hmotnost. Předpoklad zhroucení temných hvězd na černé díry také vysvětluje, jak je možné, že jsme dosud žádné temné hvězdy nezachytili. Jelikož tyto objekty existovaly jen ve velmi raném vesmíru a poté se z nich staly černé díry, až do startu JWST jsme zkrátka neměli dostatečně citlivou techniku na jejich zachycení.
Závěr
Je tedy potvrzeno, že jsme zachytili temné hvězdy? To ani zdaleka. Je ale potřeba připustit, že je tato hypotéza docela pěkná a svým způsobem nadějná. Pro její případné potvrzení budou ovšem nutná další měření. V každém případě se ukazuje, že vše nemusí být tak jasné, jak se může někdy zdát. Mnozí si mysleli, že našli velmi vzdálené galaxie, překonávající dosavadní rekordy. Nakonec se ale může ukázat, že jsme spatřili něco docela jiného. Uvidíme, co nám přinesou další měsíce, ale rozhodně se máme nač těšit.
Použité a doporučené zdroje
- ESA Webb: https://esawebb.org/
- NASA Web: https://webb.nasa.gov/
- Webb Telescope: https://webbtelescope.org/
Zdroje obrázků
- https://cdn.sci.news/images/enlarge11/image_12096e-Dark-Star.jpg
- https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/01/webb_wallpaper/23901371-1-eng-GB/Webb_wallpaper.jpg
- https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2022/07/sei_115555193.jpg
- https://cff2.earth.com/uploads/2023/07/13154151/dark-stars-powered-by-dark-matter_1medium.jpg
- https://archive.stsci.edu/files/live/sites/mast/files/home/hlsp/jades/_images/JADES_horizontal_greens_onwhite.png?t=tn2400
- https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/JADES-GS-z13-0.png
„…zatímco jsou běžné hvězdy poháněny fúzní reakcí ve svém jádru, temným hvězdám by dodávala energii temná hmota.“
Jak by tu energii dodávala, je někde popsán mechanismus?
Děkuji za novinky.
Anihilace – viz: https://www.youtube.com/watch?v=zUhOL38346Y
To je jistě zajímavé. Katherine Freese řekla, že od MACHO přešli k WIMPs. Tyto temné částice by díky své „odpudivosti“ mohly existovat jako pár nebarionické hmoty a antihmoty (s barionickou hmotou neinteragují; mimo gravitaci).
Vznik by snad vysvětloval nápad S. Hawkinga pádem jedné částice z právě vzniklého páru za horizont událostí (teorie vypařování černé díry). Proč by teorie neplatila i pro nebarionickou hmotu? Tím by se mohlo vysvětlovat narůstání temné hmoty se stářím vesmíru a dokonce i v obou vezích zároveň…?
A odkazované video teoretizuje:
Stlačováním ve velmi objemném mraku temné hmoty by nebarionická částice a antičástice anihilovaly.
Je to vůbec akademicky publikovaná teorie?
O tom vyzařování jsem nalezl ještě vysvětlení:
Černá hvězda s poloměrem o něco větším, než je předpovězený horizont událostí pro černou díru o ekvivalentní hmotnosti, se bude jevit jako velmi tmavá, protože téměř(!) všechno produkované světlo bude přitahováno zpět ke hvězdě a jakékoli unikající světlo bude se silným gravitačně rudým posuvem.
Bude vypadat téměř přesně jako černá díra.
Bude obsahovat Hawkingovo záření, protože virtuální páry částic vytvořené v jeho blízkosti mohou být stále rozděleny, přičemž jedna částice uniká a druhá je zachycena.
Navíc vytvoří tepelné planckovské záření, které se bude velmi podobat očekávanému Hawkingovu záření ekvivalentní černé díry.
Akademicky publikovaná teorie zmíněná ve videu je zde: https://arxiv.org/pdf/2304.01173.pdf
Je to ale celé coby-kdyby, protože zmíněné objekty JADES-GS-z11 až 13 jsou cca o řád menší než rozlišovací schopnost 1px NIRcamu na JWST, což údajně na lepší spektrální analýzu zatím nestačí. Jsou to jen slabé svítící tečky z úsvitu vesmíru.
Jestli tomu dobře rozumím, říká to pouze že pokud by měly částice temné hmoty určité parametry a interakce, pak tyto svítící tečky by MOHLY být temné hvězdy a svítit jako celá galaxie a po vyčerpání (0.1% temné hmoty) se zhroutit do černé díry. Pak by to vysvětlovalo
a) existenci tak velkých „galaxií“ tak brzy po Velkém třesku (ve skutečnosti by to nebyly galaxie ale temné hvězdy svítící díky anihilaci částic temné hmoty jako celá galaxie)
b) existenci obřích čených děr/kvasarů v centrech galaxií, (u kterých se neví jakým principem ke své velké hmotnosti tak brzy přišly, jelikož akrecí hmoty z okolí to lze vysvětlit těžko)
Dle studie jsou tyto DS (dark stars) z vodíku a helia a jen 0.1% temné hmoty. Pro mne je nepochopitelné jak může baryonická hmota (vodík a helium) donutit temnou hmotu, která s ní jinak než gravitačně neinteraguje k anihilaci. Patrně stačí slabá jaderná interakce částic temné hmoty mezi sebou a gravitační stlačení v objemu toho blobu vodíku a helia. Které je slabé na zažehnutí termojaderné fůze, ale tlak záření z anihilace temné hmoty to na chvíli „podrží“ než se to celé zhroutí do obří černé díry. Takové jaké dnes vidíme v centrech většiny galaxií.
Tak to som skutočne zvedavý ako sa to vyvrbí.
Já taky. Jsem k tomu ale poměrně dost skeptický. Ale nechtěl jsem aby to bylo na textu poznat, takže teď to možná vypadá jako bych tomu byl nakloněn.
„…zatímco jsou běžné hvězdy poháněny fúzní reakcí ve svém jádru, temným hvězdám by dodávala energii temná hmota.“
Jak by tu energii dodávala, je někde popsán mechanismus?
Děkuji za novinky.
Anihilace – viz: https://www.youtube.com/watch?v=zUhOL38346Y
To je jistě zajímavé. Katherine Freese řekla, že od MACHO přešli k WIMPs. Tyto temné částice by díky své „odpudivosti“ mohly existovat jako pár nebarionické hmoty a antihmoty (s barionickou hmotou neinteragují; mimo gravitaci).
Vznik by snad vysvětloval nápad S. Hawkinga pádem jedné částice z právě vzniklého páru za horizont událostí (teorie vypařování černé díry). Proč by teorie neplatila i pro nebarionickou hmotu? Tím by se mohlo vysvětlovat narůstání temné hmoty se stářím vesmíru a dokonce i v obou vezích zároveň…?
A odkazované video teoretizuje:
Stlačováním ve velmi objemném mraku temné hmoty by nebarionická částice a antičástice anihilovaly.
Je to vůbec akademicky publikovaná teorie?
O tom vyzařování jsem nalezl ještě vysvětlení:
Černá hvězda s poloměrem o něco větším, než je předpovězený horizont událostí pro černou díru o ekvivalentní hmotnosti, se bude jevit jako velmi tmavá, protože téměř(!) všechno produkované světlo bude přitahováno zpět ke hvězdě a jakékoli unikající světlo bude se silným gravitačně rudým posuvem.
Bude vypadat téměř přesně jako černá díra.
Bude obsahovat Hawkingovo záření, protože virtuální páry částic vytvořené v jeho blízkosti mohou být stále rozděleny, přičemž jedna částice uniká a druhá je zachycena.
Navíc vytvoří tepelné planckovské záření, které se bude velmi podobat očekávanému Hawkingovu záření ekvivalentní černé díry.
Akademicky publikovaná teorie zmíněná ve videu je zde: https://arxiv.org/pdf/2304.01173.pdf
Je to ale celé coby-kdyby, protože zmíněné objekty JADES-GS-z11 až 13 jsou cca o řád menší než rozlišovací schopnost 1px NIRcamu na JWST, což údajně na lepší spektrální analýzu zatím nestačí. Jsou to jen slabé svítící tečky z úsvitu vesmíru.
Jestli tomu dobře rozumím, říká to pouze že pokud by měly částice temné hmoty určité parametry a interakce, pak tyto svítící tečky by MOHLY být temné hvězdy a svítit jako celá galaxie a po vyčerpání (0.1% temné hmoty) se zhroutit do černé díry. Pak by to vysvětlovalo
a) existenci tak velkých „galaxií“ tak brzy po Velkém třesku (ve skutečnosti by to nebyly galaxie ale temné hvězdy svítící díky anihilaci částic temné hmoty jako celá galaxie)
b) existenci obřích čených děr/kvasarů v centrech galaxií, (u kterých se neví jakým principem ke své velké hmotnosti tak brzy přišly, jelikož akrecí hmoty z okolí to lze vysvětlit těžko)
Dle studie jsou tyto DS (dark stars) z vodíku a helia a jen 0.1% temné hmoty. Pro mne je nepochopitelné jak může baryonická hmota (vodík a helium) donutit temnou hmotu, která s ní jinak než gravitačně neinteraguje k anihilaci. Patrně stačí slabá jaderná interakce částic temné hmoty mezi sebou a gravitační stlačení v objemu toho blobu vodíku a helia. Které je slabé na zažehnutí termojaderné fůze, ale tlak záření z anihilace temné hmoty to na chvíli „podrží“ než se to celé zhroutí do obří černé díry. Takové jaké dnes vidíme v centrech většiny galaxií.
Tak to som skutočne zvedavý ako sa to vyvrbí.
Já taky. Jsem k tomu ale poměrně dost skeptický. Ale nechtěl jsem aby to bylo na textu poznat, takže teď to možná vypadá jako bych tomu byl nakloněn.