De James Webb-ruimtetelescoop heeft mogelijk sterren ontdekt die worden aangedreven door donkere materie in plaats van door kernfusie. Als deze ‘donkere sterren’ echt bestaan, kan dat in één klap drie grote kosmische mysteries ophelderen.
Gewone sterren ontstaan wanneer wolken van stof en gas in elkaar storten. Daarbij lopen de druk en temperatuur in het centrum zo hoog op, dat er op een gegeven moment kernfusie gaat plaatsvinden. Daarbij smelten lichtere atomen samen tot zwaardere elementen. De kernfusie zorgt voor een buitenwaartse druk, die voorkomt dat de ster verder in elkaar klapt.
Naast gewone sterren zijn in het vroege heelal mogelijk ook zogeheten donkere sterren ontstaan. Die zouden zijn gevormd uit wolken die rijk zijn aan donkere materie. In donkere sterren hoeft geen kernfusie plaats te vinden om te verhinderen dat ze imploderen. Voor verschillende veronderstelde soorten donkere materie geldt namelijk dat wanneer twee deeltjes botsen, ze in een energievlaag uiteenspatten. Dat proces is in theorie krachtig genoeg om een superzware ster in stand te houden.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
‘Het zijn heel bizarre sterren. Hun straal is ongeveer 10 AE (astronomische eenheden, 1 AE is de afstand tussen de aarde en de zon, red). Het zijn dus behoorlijk opgezwollen beesten zonder kern’, zegt kosmoloog Katherine Freese van de Universiteit van Texas in Austin. ‘Ze zijn overal relatief koel. Daardoor weerhoudt niets ze ervan extra spul te verzamelen. En dus blijven ze groeien, tot ze wel een miljoen keer de massa en een miljard keer de lichtkracht van de zon hebben – en misschien zelfs meer.’
Drie kandidaten
Freese en haar collega’s doorzochten de meetgegevens van enkele van de meest afgelegen objecten die de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) heeft gezien. Ze vonden drie objecten die superzware donkere sterren zouden kunnen zijn. Aanvankelijk werd aangenomen dat dit sterrenstelsels waren. De JWST heeft echter veel meer verre sterrenstelsels gevonden dan verwacht. Dat zou een probleem kunnen zijn voor ons standaardmodel van de kosmologie. Als sommige van die stelsels in werkelijkheid donkere sterren zijn, zou dat dit probleem kunnen oplossen.
‘Op dit moment zijn de spectra niet echt goed genoeg om te bepalen wat voor objecten het zijn. Je zou er een jaar lang met de JWST naar moeten kijken, wat waarschijnlijk niet zal gebeuren’, zegt Freese. Een andere mogelijke manier om een donkere ster te ontdekken, is door een exemplaar te vinden waarvan het licht door een zwaartekrachtlens wordt vergroot.
Boem: een zwart gat
Als deze objecten echt donkere sterren blijken te zijn, zou dat een grote sprong voorwaarts zijn in ons begrip van donkere materie. ‘Ondanks tientallen jaren van experimenten en observaties hebben we nog steeds niets waargenomen dat met zekerheid verband houdt met de niet-gravitationele aard van donkere materie’, zegt kosmoloog Pearl Sandick van de Universiteit van Utah. ‘Het waarnemen van een donkere ster zou een ongelooflijke bevestiging zijn dat donkere materie behalve door de zwaartekracht ook door andere krachten wordt beïnvloed. Tegelijkertijd zou het ons echt een heel interessant en ander beeld van de vorming van de eerste sterren in het heelal geven dan het standaardverhaal.’
Zodra een donkere ster wegdrijft uit het gebied waar hij is gevormd, beschikt hij niet langer over genoeg donkere materie om hem van brandstof te voorzien. ‘Zodra hij beweegt, stort hij in. En boem: je hebt een zwart gat’, zegt Freese.
Donkere sterren kunnen in theorie veel groter worden dan gewone sterren. De zwarte gaten die eruit zouden ontstaan, zouden dus ook enorm moeten zijn. Dit zou het mysterie kunnen ophelderen hoe superzware zwarte gaten in het vroege heelal zijn ontstaan.
