James Webb vindt eerste bewijs van bestaan ‘donkere sterren’: mysterie opgelost?

Sterren geven een heleboel licht, maar misschien niet allemaal op dezelfde manier. Met behulp van data van de James Webb-telescoop hebben drie Amerikaanse wetenschappers mogelijk bewijs gevonden van het bestaan van donkere sterren.

Sterren stralen ons tegemoet door kernfusies, atomen die versmelten en zo energie afgeven. Maar in 2007 kwam het onderzoekstrio al met het idee dat er ook sterren bestaan, die hun energie halen uit donkere materie. Als dat klopt, zouden de donkere sterren de aard van donkere materie kunnen verklaren, een van de grootste mysteries uit de sterrenkunde.

Een nieuw type ster
Reden genoeg dus voor de wetenschappers om te werken aan modellen die aantonen hoe zulke sterren eruitzien. Daarbij hebben ze een lijst samengesteld met eigenschappen die zo’n donkere ster mogelijk moet hebben. En nu hebben ze drie kandidaten gevonden die voldoen aan alle voorwaarden. “Het ontdekken van een nieuw type ster is op zich al interessant, maar als we de donkere materie ontdekken die hen van energie voorziet, zou dat pas echt geweldig zijn”, reageert een van de wetenschappers, Katherine Freese uit Texas.

James Webb Telescope catches glimpse of possible first-ever 'dark stars'
De drie mogelijke donkere sterren die James Webb heeft waargenomen. Foto: NASA

Hoewel het universum voor zo’n 25 procent uit donkere materie bestaat, is de aard ervan nog steeds een raadsel voor wetenschappers. Ze denken dat de materie mogelijk bestaat uit een nieuw type elementaire deeltjes, genaamd WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles). Donkere sterren zijn waarschijnlijk geboren in de vroege dagen van het universum, net na de oerknal. Net als andere sterren bestaan ze voornamelijk uit wolken van helium en waterstof. Maar ze bevatten daarnaast ook hele dichte klompen van donkere materie. Als het gas afkoelt, stort het in en trekt donkere materie met zich mee.

Tien miljard keer zo helder
Wanneer de dichtheid toeneemt, vernietigen de donkere materiedeeltjes zichzelf waardoor meer en meer hitte ontstaat, wat voorkomt dat het gas totaal instort tot een dichte kern die tot kernfusie leidt, zoals in een gewone ster. In plaats daarvan verzamelt de ster meer gas en donkere materie, waardoor hij groter, meer opgeblazen en helderder wordt dan gewone sterren. De energiebron is bovendien meer verspreid in plaats van geconcentreerd in de kern. Met genoeg donkere materie kunnen donkere sterren zo miljoenen keren groter worden dan onze zon en tot tien miljard keer zo helder. Ze zijn mogelijk zo groot dat ze er door telescopen vanaf de Aarde eerder uitzien als complete sterrenstelsels.

Nieuw model
En dus besloten de onderzoekers daar nader onderzoek naar te doen met data van James Webb. Ze bestudeerden drie sterrenstelsels, JADES-GS-z11, z12 en z13-0 en ontdekten iets opmerkelijks: alle drie voldeden ze in grote mate aan de karakteristieken die ze hadden bedacht voor de donkere sterren. Dat maakt de kans dat hun theorie klopt een stuk groter. Wat ook helpt, is dat de drie vroege sterrenstelsels niet passen bij de bestaande theorie. Er lijken te veel grote sterrenstelsels te vroeg in het universum te zijn om te passen binnen de voorspellingen van het standaardmodel in de sterrenkunde.

“Het is waarschijnlijker dat iets in het standaardmodel een beetje moet worden aangepast, omdat iets nieuws voorstellen, zoals wij hebben gedaan, altijd minder waarschijnlijk is”, zegt Freese. “Maar als sommige van deze objecten die eruitzien als vroege sterrenstelsels eigenlijk donkere sterren zijn dan kloppen de simulaties van de vorming van sterrenstelsels wel beter met de observaties.”

Duidelijkheid over zwarte gaten
Volgens een ander deel van hun theorie is het zo dat als donkere sterren ouder worden ze uiteindelijk instorten en veranderen in zwarte gaten, wat ook zou verklaren waarom er zoveel zwarte gaten in het universum zijn. Bovendien biedt het een verklaring voor het feit dat we donkere sterren tot nu toe niet hebben gezien: ruimtewetenschappers hadden tot de James Webb-telescoop de technologie niet om ver genoeg terug in de tijd te kijken om de sterren te ontdekken.

“Als we naar de James Webb-data kijken zijn er twee mogelijkheden voor deze objecten”, aldus Freese. “De ene is dat het sterrenstelsels zijn die miljoenen normale sterren bevatten. De andere is dat het donkere sterren zijn. En geloof het of niet, maar één donkere ster geeft genoeg licht om te kunnen concurreren met complete sterrenstelsels.”

Bronmateriaal

"Supermassive Dark Star candidates seen by JWST" - Proceedings of the National Academy of Sciences
Afbeelding bovenaan dit artikel:

Fout gevonden?

Interessant voor jou

Voor jou geselecteerd