Il telescopio James Webb potrebbe aver individuato stelle alimentate dalla materia oscura.

Il telescopio spaziale James Webb ha individuato oggetti nell'universo primordiale che potrebbero essere un nuovo tipo di stella - una alimentata dalla materia oscura.

Queste "stelle oscure" sono ancora ipotetiche. La loro identificazione nelle immagini del JWST è tutto tranne che certa. Ma se uno dei tre candidati - riportati nel Proceedings of the National Academy of Sciences del 25 luglio - risultasse essere questo nuovo tipo di stella, potrebbero offrire uno sguardo sulla formazione stellare nell'universo primordiale, suggerire la natura della materia oscura e possibilmente spiegare le origini dei buchi neri supermassicci.

Proposte per la prima volta nel 2007 dalla cosmologa Katherine Freese e colleghi, le stelle oscure potrebbero essere state alcuni dei primi tipi di stelle a formarsi nell'universo (SN: 1/1/08). Sebbene non siano ancora state osservate, si ritiene che siano alimentate dal calore delle interazioni della materia oscura, anziché dalle reazioni di fusione nucleare come nel sole.

Le stelle oscure "avrebbero un aspetto molto strano", afferma Freese, dell'Università del Texas ad Austin. Le stelle ipotetiche si sarebbero formate da nubi di idrogeno ed elio che attiravano materia oscura abbondante localmente mentre si raggruppavano. Sebbene la vera natura della materia oscura non sia nota - la sua presenza è inferita principalmente dal suo effetto sul movimento delle stelle all'interno delle galassie - è possibile che le particelle di materia oscura possano interagire tra loro, annientandosi quando collidono e producendo vaste quantità di luce e calore (SN: 7/7/22). Il calore manteneva la nube di idrogeno ed elio da condensarsi in un nucleo denso e caldo come le stelle che esistono oggi.

Dato che il calore derivante dalle annientamenti della materia oscura impedirebbe alla nube di gas di condensarsi, le stelle oscure potrebbero crescere a dimensioni gigantesche. Teoricamente, le stelle oscure potrebbero essere 10 volte più ampie dell'orbita terrestre attorno al sole. Potrebbero anche essere milioni di volte più massicce del sole e brillare miliardi di volte più intensamente - abbastanza luminose, potenzialmente, da essere avvistate dal JWST.

Per vedere se ci sono stelle oscure nascoste nei dati dell'osservatorio in orbita, Freese e colleghi hanno analizzato immagini di una survey del JWST sulle prime galassie. In tali immagini, il JWST ha finora scoperto oltre 700 oggetti che potrebbero essere originati nei primi qualche centinaio di milioni di anni dell'universo - l'epoca in cui avrebbero potuto emergere le stelle oscure (SN: 12/16/22). La luce proveniente da questi oggetti remoti viene allungata, o spostata verso il rosso, mentre l'universo si espande. Quindi Freese e colleghi si sono concentrati su quattro oggetti già confermati ad alta spostamento verso il rosso, rendendoli alcuni degli oggetti più antichi visti finora.

Attualmente, si ritiene che tali oggetti siano piccole galassie della giovinezza relativa dell'universo. Ma poiché sono così lontani, il JWST non può risolverli abbastanza bene per determinare se siano effettivamente galassie o stelle grandi e ultrabrillanti, dicono i ricercatori.

Il team ha eseguito simulazioni al computer di quanta luce una stella oscura ipotetica potrebbe produrre a diverse lunghezze d'onda. Hanno confrontato quegli spettri con la luce delle immagini raccolte dal JWST a diverse lunghezze d'onda per ciascuno dei quattro oggetti. I dati del JWST di tre di quegli oggetti sono consistenti con i modelli di stelle oscure simulati, riportano Freese e colleghi.

Alcuni scienziati sono scettici. I tipi conosciuti di stelle potrebbero anche creare la luce osservata dei tre candidati, afferma Sandro Tacchella, un astrofisico dell'Università di Cambridge. E identificare uno qualsiasi degli oggetti come una stella oscura richiederebbe che i modelli simulati aderiscano bene a spettri più dettagliati, afferma Brant Robertson, un astrofisico teorico presso l'Università della California, Santa Cruz.

Se venissero trovate stelle oscure, però, "sarebbe rivoluzionario", dice lo studioso coautore dello studio Cosmin Ilie, un astrofisico presso Colgate University a Hamilton, nell'New York.

Trovare stelle oscure confermerebbe l'esistenza di una particella di materia oscura e suggerirebbe come funziona (SN: 7/7/22). "Sapere che [la materia oscura] è qualcosa che potrebbe annientare sarebbe davvero, davvero potente", afferma Tracy Slatyer, un fisico teorico del MIT che non è stato coinvolto nello studio. Questa conoscenza potrebbe aiutare gli scienziati a cercare materia oscura altrove nell'universo, dice.

Le stelle oscure potrebbero anche contribuire a spiegare la formazione dei buchi neri supermassicci (SN: 3/16/18). Una volta che la materia oscura all'interno della stella si è annientata, l'idrogeno e l'elio rimanenti - milioni di volte la massa del sole in uno spazio relativamente compatto - collasserebbero su se stessi e formerebbero un buco nero. Nel tempo, quei buchi neri potrebbero fondersi in buchi neri come quelli al centro delle maggior parte delle galassie, milioni o miliardi di volte più massicci del sole.

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.