A korai univerzumban, mikor a világegyetem még csak körülbelül 200 millió éves volt, megkezdődött az első csillagok kialakulása: ezek a korai objektumok még nem rendelkeztek a későbbi csillagok komplexitásával az összetételüket illetően, az akkor rendelkezésre álló egyszerű anyagokból, hidrogén molekulákból és héliumból álltak össze, amelyek bőségesen megtalálhatóak voltak az Ősrobbanás utáni időkben, hiszen a hidrogén és hélium atommagok már a világegyetem keletkezése utáni harmadik percben létrejöttek.

A legelső csillagok a harmadik populációs csillagok körébe tartoztak: a második populációt az ezek halála után, belőlük létrejövő objektumok alkották, amelyek kis mennyiségű fémet is tartalmaztak (a csillagászati meghatározás szerint minden fém, ami nem hélium és hidrogén, vagyis ami nehezebb ezeknél az elemeknél), az első populáció pedig a legfiatalabb generáció, közéjük tartozik a Nap is. A harmadik populációs csillagok olyannyira halványak, hogy eddig még nem sikerült őket megfigyelni, mindössze teoretikus kategóriát képeznek, bár a Hubble űrteleszkóp mérései alapján elvégzett és márciusban publikált számítások szerint a véletlenül felfedezett Earendel csillag egyike lehet ezeknek az ősi képződményeknek.

A korai univerzum por-, és gázfelhőiben a gravitációs erők hatása által generált magas nyomás és hőmérséklet vezetett a protocsillagok megjelenéséhez és ezt a fázist követték azok az események, amelyek a már valódi csillagnak nevezhető formációk megjelenését eseményezték. A formálódó csillagokban az égitest fényét adó energia a fúziós folyamatokból származik, amelyek azután indulnak be, hogy két hidrogén protonjai ütköznek egymással, majd, miután az ilyenkor szokásosan fellépő taszító erőt legyőzve az egyik proton neutronná alakul, egy többlépcsős folyamat során végül hélium keletkezik a hidrogénekből. A könnyebb elemek fúziója egy nehezebb elemmé energiát termel, ennek következményeként alakul ki a csillagok fénye.

Azonban, az elméletek szerint, nem minden csillag működik így, a világegyetem hajnalán léteztek sötét csillagok is,

sőt, lehetséges, hogy még mindig léteznek.

A sötét csillagok nagyrészt ugyanolyan anyagból állnak, mint a hagyományos korai csillagok, vagyis hidrogént és héliumot tartalmaznak, azonban a keletkezésük máshogy zajlik, mint a legtöbb esetben, van ugyanis egy sajátos összetevőjük, ami más útra viszi a bennük lezajló folyamatokat: ez pedig a sötét anyag. A sötét anyag az elektromágneses sugárzás hiánya miatt nem detektálható közvetlenül, csak a galaxisok tömegéből és sebességéből, valamint a spirálgalaxisok külső felén lévő csillagok nagy keringési sebességéből következtethető ki (ezt annak idején, az 1970-es években Vera Rubin fedezte fel spektrométeres vizsgálatai folyamán), vagyis a jelenléte a látható anyagot befolyásoló hatása alapján érzékelhető a kutatók számára. Ez a sötét anyagnak elnevezett titokzatos építőeleme az univerzumnak az első csillagokra is hatással volt: bizonyos teóriák szerint a keletkezésük során az egymással ütköző és emiatt megsemmisülő sötét anyag részecskék adták az energiájukat a fúziós energia helyett.

A sötét csillagok egy új tanulmány szerint, amit egy nemzetközi kutatócsapat, köztük a Stanford, a Stockholmi Egyetem és a Texas Egyetem csillagászai publikáltak az ArXiv preprint szerveren, sokkal nagyobbak és fényesebbek lehettek a fúziós csillagoknál, a nevük ennélfogva a bennük található anyagra és nem a sugárzásuk hiányára utal. A fúzió ezekben az objektumokban nem tud beindulni, mivel az ütköző sötét anyag részecskék energiája megakadályozza az elemek csoportosulását és így a hidrogén protonok nem tudnak találkozni és héliummá egyesülni.

"A sötét anyag ereje egyenletesen oszlik el a csillagban, ami túl hideg és túl kiterjedt ahhoz, hogy beindítsa a magfúziót."

- írják a kutatók.

A sötét csillagok létét már korábban is megjósolták, a tanulmány újdonságát az adja, hogy még precízebb számításokkal, az egymást megsemmisítő sötét anyag részecskék figyelembevételével végezték a modellezést, ami alapján arra jutottak, hogy az ilyen formán keletkezett sötét csillagok a korábbi, WIMP-ekre alapozó hipotézisek sötét csillagainak méreteit is meghaladják. A WIMP (gyenge kölcsönhatásban álló, tömeggel rendelkező részecskék) jelenléte a csillagokban az összehasonlítások szerint például egy olyan objektumot eredményezhet, amelynek sugara 2,9 AU (csillagászati egység, a Nap és Föld távolsága) és felszíni hőmérséklete 4600 Kelvin, míg az SIDM (önmagával interakcióba lépő sötét anyag) típusú sötét csillagok 3,2 AU sugarúak és 4300 Kelvin a hőmérsékletük.

Ezek a fajta csillagok haláluk során akár szupermasszív fekete lyukakká is válhattak, azt azonban, hogy valóban léteztek vagy léteznek-e, még nem sikerült megfigyelésekkel bizonyítani. A kutatók reményei szerint a korai univerzumot megfigyelő James Webb Teleszkóp mérései adhatnak majd választ a kérdésre, mivel a teleszkóp különleges érzékenysége olyan részletességgel mutathatja meg a formálódó csillagokat, amire korábban még nem volt példa.

(Fotó: NASA/STScI, A. Schaller/STScI)

Egy új sötét anyag teória magyarázhatja az univerzum kezdetének megválaszolatlan kérdéseit Önmagához hasonlóvá változtathatja a sötét anyag a látható anyagot a legújabb modell szerint.