Het bestaan van ‘donkere sterren’ werd voor het eerst gesuggereerd in 2007. Nu wijzen waarnemingen van de James Webb-ruimtetelescoop erop dat een aantal van deze ongewone kosmische objecten daadwerkelijk zijn gevonden.
Astronomen hebben het sterkste bewijs tot nu toe gevonden voor het bestaan van donkere sterren. Dit zouden een soort enorme sterren zijn die bestonden in het vroege heelal en die gedeeltelijk worden aangedreven door donkere materie. Als deze hypothetische sterren inderdaad blijken te bestaan, zouden ze helpen verklaren waarom we mysterieus grote zwarte gaten zien in het vroege heelal. Maar niet alle astronomen zijn overtuigd door de ontdekking.
Donkere sterren
Het idee van een donkere ster werd voor het eerst geopperd in 2007 door astrofysicus Katherine Freese van de Universiteit van Texas in Austin en haar collega’s. Zij suggereerden dat enorme wolken waterstof en helium in het vroege heelal zich zouden kunnen hebben vermengd met een zichzelf vernietigende vorm van donkere materie. Daaruit zouden massieve, stabiele sterren kunnen vormen. Zonder donkere materie zouden zulke grote gaswolken instorten en een zwart gat vormen. Maar de energie die donkere-materiedeeltjes zouden kunnen produceren als ze zichzelf vernietigen bij onderlinge botsingen, kan dit mogelijk voorkomen. Die energie zou ervoor zorgen dat het gas opwarmt en een stervormig object vormt. In tegenstelling tot de meeste gewone sterren, vindt in deze donkere sterren geen kernfusie plaats.
Het Grote Kosmische Inslag-spel: kun jij een ramp voorkomen?
Wat moet de mensheid doen wanneer een planetoïde op de aarde afstevent? ...
Er was weinig bewijs voor deze exotische objecten tot 2022. Toen begon de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) een ongewoon hoog aantal zeer heldere, verre objecten te zien. Die objecten bestonden slechts een paar miljoen jaar na de oerknal al en astronomen dachten dat het waarschijnlijk sterrenstelsels waren.
Freese en haar team toonden aan dat eigenschappen van drie van deze sterrenstelsels overeenkwamen met een aantal eigenschappen uit donkere stersimulaties, zoals hun ronde profiel en de lichtintensiteit. Maar het ontbrak hen aan gedetailleerde spectroscopische gegevens om een sluitende ontdekking te doen.
Oersterren
Freese en haar collega’s hebben nu gekeken naar nieuwe waarnemingen van vroege sterrenstelsels door JWST. Ze zeggen dat die goed overeenkomen met theoretische voorspellingen over hoe donkere sterren eruit zouden moeten zien. Een van deze nieuwere kandidaten bevat ook een spannende aanwijzing voor de aanwezigheid van een specifiek soort heliumatomen – die een elektron missen. Die vorm van helium zou, als het bevestigd wordt, een unieke manier zijn om donkere sterren te identificeren. ‘Als deze waarnemingen echt kloppen, dan zou ik niet weten hoe je ze anders zou kunnen verklaren dan met een donkere ster’, zegt Freese. De waarnemingen zijn nog onzeker, zegt ze.
Kosmoloog Daniel Whalen van de Universiteit van Portsmouth in het Verenigd Koninkrijk is echter voorstander van een alternatieve interpretatie. Hij stelt dat de mogelijkheid van superzware oersterren, een alternatieve theorie over reusachtige vroege sterren zonder donkere materie, net zo goed overeenkomt met de JWST-gegevens. Whalen: ‘De onderzoekers negeren een heleboel literatuur over de vorming van superzware oersterren. Volgens een deel van die literatuur zouden deze oersterren bepaalde eigenschappen kunnen hebben die erg lijken op de eigenschappen die zij laten zien in de JWST-waarnemingen.’
Freese is het daar echter niet mee eens. Ze zegt dat de enige plausibele manier om zulke zware sterren te maken is dat ze donkere materie verbranden. ‘Er is echt geen andere manier’, zegt ze.
Grote zwarte gaten
Een mogelijk probleem is dat afzonderlijke waarnemingen van de objecten die Freese en haar collega’s bestudeerden, door de ALMA-telescoop in Chili, wijzen op de aanwezigheid van zuurstof. Omdat dit element niet voorkomt in donkere sterren, suggereert dit dat er in de waarnemingen zowel donkere sterren te zien zijn als naburige andere sterren, aldus Freese. Maar Whalen ziet de zuurstof als een duidelijk teken dat deze objecten geen donkere sterren kunnen zijn. Hun vorming zou dan namelijk verstoord zijn door naburige reguliere sterren die exploderen in supernovae.
Als Freese en haar collega’s kunnen bewijzen dat deze objecten donkere sterren zijn, kan dat helpen bij het oplossen van een ander kosmisch raadsel. Dat raadsel is de overvloed aan zeer grote zwarte gaten die onlangs door JWST is ontdekt. Volgens de huidige theorieën kunnen zulke zwarte gaten alleen bestaan als ze ontstaan uit extreem grote klonten materie die ineen zijn gestort. Maar niets in het vroege heelal zou hiervoor groot genoeg kunnen zijn – afgezien van donkere sterren, zegt Freese. ‘We hebben daarmee dus een verklaring voor grote, onopgeloste astrofysische problemen’, besluit ze.
