De ruimtetelescoop James Webb heeft misschien een nieuw type ster ontdekt. Eentje die niet wordt aangedreven door kernfusie, maar door donkere materie.
Webb heeft in 2023 drie objecten ontdekt op een onvoorstelbaar grote afstand. Het licht dat we nu van ze zien, vertrok toen het heelal slechts een paar honderd miljoen jaar oud was. Het universum is zo’n 13,8 miljard jaar oud; we kijken dus terug naar een tijd vlak na de oerknal.
Aanvankelijk dachten astronomen dat het om jonge sterrenstelsels ging. Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben nu een alternatieve verklaring naar voren geschoven: het zouden zogenaamde “supermassive dark stars” kunnen zijn. Dat zijn (hypothetische) sterren die worden aangedreven door donkere materie.
Wat is donkere materie?
Maar wat is donkere materie überhaupt? Astronomen weten al tientallen jaren dat er veel meer massa in het universum zit dan we kunnen zien. Sterrenstelsels draaien namelijk te snel om bij elkaar te worden gehouden door enkel de zwaartekracht van alle zichtbare materie. Er moet dus iets extra zijn dat alles bij elkaar houdt. Dat “iets” noemen wetenschappers donkere materie.
Het probleem is dat we niet weten wat donkere materie precies is. Het zendt geen licht uit en absorbeert het ook niet. Daarnaast interageert het niet met gewone materie. We weten eigenlijk alleen dat het bestaat vanwege de zwaartekrachteffecten die we kunnen meten.
Hoe kan donkere materie sterren aandrijven?
Een populaire theorie is dat donkere materie bestaat uit WIMP’s (weakly interacting massive particles, zware deeltjes die nauwelijks met gewone materie interageren). Als dat klopt, kunnen deze deeltjes tegen elkaar botsen en elkaar vernietigen. Daarbij komt energie vrij. In het vroege universum, toen de concentratie donkere materie veel hoger was, zou die energie enorme gaswolken kunnen hebben opgewarmd.
Dat brengt ons bij de dark stars. Deze hypothetische objecten zouden eigenlijk geen echte sterren zijn in de traditionele zin. Gewone sterren zoals onze zon worden aangedreven door kernfusie. Waterstofatomen in de kern van de ster versmelten onder extreem hoge druk tot helium en daarbij komen enorme hoeveelheden energie vrij. Dat proces laat de ster schijnen en zorgt er bovendien voor dat die niet instort door zijn eigen zwaartekracht.
Dark stars zouden heel anders werken. In hun kern zouden WIMP’s zich ophopen en elkaar vernietigen. De warmte die daarbij vrijkomt, zou het gas rondom verhitten tot het gaat gloeien. Volgens de theorie zouden zulke sterren gigantisch kunnen worden, tot miljoenen keren zwaarder dan onze zon. Ze zouden ook extreem helder zijn. Maar ze zouden ook relatief koel blijven vergeleken met normale sterren. De drie objecten die JWST heeft gevonden, passen verrassend goed bij dit profiel.
Voorzichtigheid geboden
De onderzoekers onderzochten het spectrum van het licht van deze objecten. De spectra van de drie objecten bleken inderdaad consistent te zijn met wat je van supermassive dark stars zou verwachten. De objecten lieten bijvoorbeeld tekenen zien van waterstof dat geïoniseerd (van zijn elektronen beroofd) is door UV-straling. De spectra toonden ook geen duidelijke tekenen van zware elementen zoals zuurstof, koolstof of stikstof die je wel zou verwachten in een sterrenstelsel.
Dit alles bij elkaar genomen maakt dark stars tot een serieuze verklaring voor wat James Webb heeft waargenomen. Maar de onderzoekers zijn voorzichtig. Ze maken in hun studie duidelijk dat dit geen definitief bewijs is. Er zijn nog steeds scenario’s mogelijk waarin deze objecten toch gewone sterrenstelsels zijn, zij het met ongebruikelijke eigenschappen.
