Das James Webb-Teleskop hat möglicherweise Sterne entdeckt, die von Dunkler Materie angetrieben werden.

Das James Webb Space Telescope hat Objekte im frühen Universum entdeckt, die möglicherweise eine neue Art von Stern sind - einen, der von dunkler Materie angetrieben wird.

Diese "dunklen Sterne" sind noch hypothetisch. Ihre Identifikation anhand von JWST-Bildern ist keineswegs sicher. Wenn jedoch einer der drei Kandidaten - wie in den Proceedings of the National Academy of Sciences vom 25. Juli berichtet - sich als diese neue Art von Stern erweisen sollte, könnten sie einen Einblick in die Sternentstehung im frühen Universum geben, einen Hinweis auf die Natur der dunklen Materie liefern und möglicherweise die Ursprünge von supermassiven schwarzen Löchern erklären.

Erstmals im Jahr 2007 von Kosmologin Katherine Freese und ihren Kollegen vorgeschlagen, könnten dunkle Sterne einige der ersten Sternentypen sein, die sich im Universum gebildet haben (SN: 1/1/08). Obwohl dunkle Sterne noch nicht beobachtet wurden, sollen sie durch Wärme aus Wechselwirkungen mit dunkler Materie angetrieben werden, nicht durch Kernfusion wie bei der Sonne.

Dunkle Sterne "würden sehr merkwürdig aussehen", sagt Freese von der University of Texas in Austin. Die hypothetischen Sterne könnten aus Wasserstoff- und Heliumwolken entstanden sein, die lokal reichlich vorhandene dunkle Materie anzogen, während sie sich verdichteten. Obwohl die wahre Natur der dunklen Materie nicht bekannt ist - ihre Existenz wird hauptsächlich durch ihre Wirkung auf die Bewegung von Sternen in Galaxien abgeleitet - ist es möglich, dass dunkle Materie-Teilchen miteinander interagieren, sich annihiliert, wenn sie zusammenstoßen, und dabei enorme Mengen an Licht und Wärme erzeugen (SN: 7/7/22). Diese Wärme würde verhindern, dass sich die Wasserstoff- und Heliumwolke zu einem dichten, heißen Kern verdichtet, wie es bei den heute existierenden Sternen der Fall ist.

Aufgrund der Wärme durch Dunkle Materie-Annihilation könnte sich die Gaswolke der dunklen Sterne zu gigantischer Größe entwickeln. Theoretisch könnten dunkle Sterne 10-mal so breit wie die Umlaufbahn der Erde um die Sonne sein. Sie könnten auch Millionen Mal massereicher als die Sonne sein und milliardenfach heller leuchten - hell genug, um potenziell von JWST entdeckt zu werden.

Um herauszufinden, ob dunkle Sterne in den Daten des umlaufenden Observatoriums versteckt sind, durchsuchten Freese und ihre Kollegen Bilder aus einer JWST-Umfrage über frühe Galaxien. In solchen Bildern hat die JWST bisher über 700 Objekte entdeckt, die möglicherweise in den ersten einigen hundert Millionen Jahren des Universums entstanden sind - das Zeitalter, in dem dunkle Sterne entstanden wären (SN: 12/16/22). Licht von diesen entfernten Objekten wird aufgrund der Ausdehnung des Universums gestreckt oder rotverschoben. Daher konzentrierten sich Freese und ihre Kollegen auf vier bereits bestätigte Objekte, die stark rotverschoben sind und damit einige der ältesten bislang entdeckten Objekte darstellen.

Diese Objekte gelten derzeit als kleine Galaxien aus der relative jungen Universumszeit. Da sie jedoch so weit entfernt sind, kann die JWST sie nicht ausreichend auflösen, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um Galaxien oder große, ultrahelle Sterne handelt, so die Forscher.

Das Team führte Computersimulationen durch, um zu ermitteln, wie viel Licht ein hypothetischer dunkler Stern bei verschiedenen Wellenlängen produzieren könnte. Sie verglichen diese Spektren mit Licht aus Bildern, die von der JWST bei verschiedenen Wellenlängen für jedes der vier Objekte gesammelt wurden. Die JWST-Daten von drei dieser Objekte stimmen nach Angaben von Freese und ihren Kollegen mit den simulierten Mustern dunkler Sterne überein.

Einige Wissenschaftler sind skeptisch. Bekannte Arten von Sternen könnten ebenfalls das beobachtete Licht von den drei Kandidaten erzeugen, sagt Sandro Tacchella, ein Astrophysiker an der University of Cambridge. Und um eines der Objekte als dunklen Stern zu identifizieren, müssten die simulierten Muster gut zu detaillierteren Spektren passen, sagt Brant Robertson, ein theoretischer Astrophysiker an der University of California in Santa Cruz.

Wenn jedoch dunkle Sterne gefunden würden, "wäre das revolutionär", sagt Studienmitautor Cosmin Ilie, ein Astrophysiker an der Colgate University in Hamilton, N.Y.

Der Nachweis von dunklen Sternen würde die Existenz eines Dunkle Materie-Teilchens bestätigen und Hinweise auf dessen Funktionsweise geben (SN: 7/7/22). "Die Information, dass [dunkle Materie] etwas ist, das sich vernichten könnte, wäre wirklich sehr, sehr machtvoll", sagt Tracy Slatyer, eine theoretische Physikerin am MIT, die an der Studie nicht beteiligt war. Dieses Wissen könnte den Wissenschaftlern helfen, anderswo im Universum nach dunkler Materie zu suchen, sagt sie.

Dunkle Sterne könnten auch die Entstehung von supermassiven schwarzen Löchern erklären (SN: 3/16/18). Sobald sich die Dunkle Materie im Inneren des Sterns selbst vernichtet hat, würde sich der verbleibende Wasserstoff und Helium - Millionen Mal massereicher als die Sonne in einem relativ kompakten Raum - zusammenziehen und ein schwarzes Loch bilden. Im Laufe der Zeit könnten sich diese schwarzen Löcher zu schwarzen Löchern wie denen im Zentrum der meisten Galaxien zusammenschließen, die Millionen oder Milliarden Mal massereicher als die Sonne sind.

Future experiments, like looking for brighter or dimmer light at certain wavelengths, could help confirm whether any of the three objects are dark stars. Freese also expects to find more dark star candidates in future JWST data, she says. But for now, whether dark stars truly exist remains a mystery.