إذا كانت موجودة ، يمكن للنجوم المظلمة أن تقدم نظرة ثاقبة عن المادة المظلمة والتشكيل المبكر للنجوم
NASA, ESA, CSA, JADES COLLABORATION
تملأ المجرات ، التي ينظر إليها البعض كما كانت في مئات الملايين الأولى من سنوات الكون ، هذا المونتاج للصور من JWST Advanced Deep Extragalactic Survey. تشير الأشرطة البيضاء إلى المكان الذي لم يتم فيه التقاط أي صور.
اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي أجسامًا في بدايات الكون قد تكون نوعًا جديدًا من النجوم - نجم مدعوم بالمادة المظلمة.
هذه "النجوم المظلمة" لا تزال افتراضية. تحديد هويتها في صور JWST غير مؤكد. ولكن إذا تبين أن أيًا من المرشحين الثلاثة - الذين ورد ذكرهم في وقائع 25 يوليو للأكاديمية الوطنية للعلوم - هو هذا النوع الجديد من النجوم ، فيمكنهم تقديم لمحة عن تشكل النجوم في الكون المبكر ، والتلميح إلى طبيعة الظلام. هذه المسألة وربما تفسر أصول الثقوب السوداء الهائلة.
تم اقتراح النجوم المظلمة لأول مرة في عام 2007 من قبل عالمة الكونيات كاثرين فريز وزملاؤها ، وربما كانت بعض الأنواع الأولى من النجوم التي تشكلت في الكون . على الرغم من أن النجوم المظلمة لم تُرصد بعد ، يُعتقد أنها تعمل بالحرارة من تفاعلات المادة المظلمة بدلاً من تفاعلات الاندماج النووي كما هو الحال في الشمس.
تقول فريز ، من جامعة تكساس في أوستن ، إن النجوم المظلمة "ستكون غريبة المظهر للغاية". قد تكون النجوم الافتراضية قد تشكلت من سحب الهيدروجين والهيليوم التي اجتذبت المادة المظلمة الوفيرة محليًا أثناء اندماجها. على الرغم من أن الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة غير معروفة - يُستدل على وجودها إلى حد كبير من خلال تأثيرها على كيفية تحرك النجوم داخل المجرات - فمن الممكن أن تتفاعل جسيمات المادة المظلمة مع نفسها ، فتفني بعضها البعض عندما تصطدم وتنتج كميات هائلة من الضوء والحرارة . هذه الحرارة ستمنع سحابة الهيدروجين والهيليوم من التكثف إلى نواة كثيفة وساخنة مثل النجوم الموجودة اليوم.
نظرًا لأن الحرارة الناتجة عن إبادة المادة المظلمة ستمنع تكثف سحابة الغاز ، يمكن أن تنمو النجوم المظلمة إلى حجم ضخم. من الناحية النظرية ، يمكن أن يصل عرض النجوم المظلمة إلى 10 أضعاف حجم مدار الأرض حول الشمس. يمكن أيضًا أن تكون ضخمة بملايين المرات مثل الشمس وتسطع بمليارات المرات - مشرقة بدرجة كافية ، من المحتمل ، أن يتم رصدها بواسطة JWST.
لمعرفة ما إذا كانت هناك أي نجوم مظلمة كامنة في البيانات من المرصد المداري ، قامت فريز وزملاؤها بالتمعن في الصور المأخوذة من مسح JWST للمجرات المبكرة. في مثل هذه الصور ، اكتشف JWST حتى الآن أكثر من 700 كائن ربما نشأت في مئات الملايين من السنين الأولى من الكون - الحقبة التي ظهرت فيها النجوم المظلمة . يمتد الضوء من هذه الأجسام البعيدة ، أو ينزاح إلى الأحمر ، مع توسع الكون. لذا ركزت فريز وزملاؤها على أربعة أجسام تم التأكد من انزياحها نحو الأحمر بدرجة عالية ، مما يجعلها من أقدم الأشياء التي شوهدت حتى الآن.
يُعتقد حاليًا أن هذه الأجسام مجرات صغيرة من الطفولة النسبية للكون. ولكن نظرًا لوجودها بعيدًا جدًا ، فإن JWST لا يستطيع حلها جيدًا بما يكفي لتحديد ما إذا كانت مجرات في الواقع أم نجومًا كبيرة فائقة السطوع ، كما يقول الباحثون.
NASA, ESA, CSA, JADES COLLABORATION
تم تحديد ثلاثة مرشحين من النجوم المظلمة من البيانات التي تم جمعها بواسطة JWST Advanced Deep Extragalactic Survey. يظهر هنا أحد المرشحين ، JADES-GS-z13-0 (سهم).
أجرى الفريق عمليات محاكاة حاسوبية لمقدار الضوء الذي قد ينتجه نجم مظلم افتراضي عند أطوال موجية مختلفة. قارنوا تلك الأطياف بالضوء من الصور التي تم جمعها بواسطة JWST بأطوال موجية مختلفة لكل كائن من الكائنات الأربعة. تتوافق بيانات JWST من ثلاثة من هذه الكائنات مع أنماط النجوم المظلمة المحاكية ، وفقًا لتقرير فريز وزملاؤها.
بعض العلماء متشككون. يقول ساندرو تاكيلا ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كامبريدج ، إن الأنواع المعروفة من النجوم يمكنها أيضًا أن تخلق الضوء المرصود من المرشحين الثلاثة. يقول برانت روبرتسون ، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، إن تحديد أي من الأجسام كنجم مظلم يتطلب أن تكون الأنماط المحاكية مناسبة جيدًا لأطياف أكثر تفصيلاً.
يقول المؤلف المشارك للدراسة كوزمين إيلي ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كولجيت في هاميلتون ، نيويورك ، إنه إذا تم العثور على نجوم مظلمة ، "فسيكون ذلك ثوريًا".
سيؤكد اكتشاف النجوم المظلمة وجود جسيم المادة المظلمة والتلميح لكيفية عملها. تقول تريسي سلاتير ، عالمة الفيزياء النظرية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والتي لم تشارك في الدراسة: "مجرد الحصول على المعلومات التي تفيد بأن المادة المظلمة شيء يمكن القضاء عليه سيكون حقًا قويًا حقًا". وتقول إن هذه المعرفة يمكن أن تساعد العلماء في البحث عن المادة المظلمة في مكان آخر من الكون.
يمكن أن تساعد النجوم المظلمة أيضًا في تفسير تكوين الثقوب السوداء الهائلة . بمجرد أن تبيد المادة المظلمة داخل النجم نفسها ، فإن الهيدروجين والهيليوم المتبقيين - كتلة كتلة الشمس في مساحة مضغوطة نسبيًا بملايين المرات - سينهاران على نفسهما ويشكلان ثقبًا أسودا. يمكن لهذه الثقوب السوداء أن تندمج بمرور الوقت في ثقوب سوداء مثل تلك الموجودة في مراكز معظم المجرات ، بملايين أو بلايين المرات من كتلة الشمس.
يمكن أن تساعد التجارب المستقبلية ، مثل البحث عن ضوء أكثر إشراقًا أو خافتًا عند أطوال موجية معينة ، في تأكيد ما إذا كان أي من الأجسام الثلاثة عبارة عن نجوم مظلمة. كما تتوقع فريز العثور على المزيد من النجوم المظلمة المرشحة في بيانات JWST المستقبلية ، كما تقول. لكن في الوقت الحالي ، ما إذا كانت النجوم المظلمة موجودة حقًا تظل لغزًا.
المصدر: