암흑 물질로 구동되는 별은 여전히 ​​증명이 필요하지만 우주의 위대한 미스터 리 중 하나의 본질에 대한 단서를 밝힐 수 있습니다.

핵융합, 원자가 서로 융합하고 에너지를 방출하는 덕분에 별은 우주의 어둠 속에서 밝게 빛납니다. 하지만 별에 동력을 공급하는 다른 방법이 있다면 어떨까요?

3명의 천체물리학자 팀(오스틴에 있는 텍사스 대학의 Katherine Freese, 콜게이트 대학의 Cosmin Ilie 및 Jillian Paulin ’23과 협력)은 JWST(James Webb Space Telescope)의 이미지를 분석하고 3개의 밝은 물체를 발견했습니다. 암흑 물질의 입자에 의해 소멸되는 우리의 태양보다 훨씬 더 크고 밝은 이론적인 대상인 “암흑 별”이 되십시오. 확인되면 어두운 별은 모든 물리학에서 가장 심오한 미해결 문제 중 하나인 암흑 물질의 특성을 밝힐 수 있습니다.

“새로운 유형의 별을 발견하는 것은 그 자체로도 꽤 흥미롭지만, 이 별에 동력을 공급하는 것이 암흑 물질임을 발견하는 것은 엄청날 것”이라고 Weinberg Institute for Theoretical Physics 소장이자 UT Austin의 물리학.

암흑 물질이 우주의 약 25%를 차지하지만 그 성질은 과학자들을 피했습니다. 과학자들은 그것이 새로운 유형의 기본 입자로 구성되어 있다고 믿으며 그러한 입자를 탐지하기 위한 사냥이 진행 중입니다. 주요 후보 중에는 약하게 상호 작용하는 대규모 입자가 있습니다. 충돌할 때 이 입자들은 스스로 소멸하여 무너지는 수소 구름에 열을 축적하고 밝게 빛나는 어두운 별들로 변환합니다. 초질량 암흑별의 식별은 관찰된 특성을 기반으로 암흑 물질에 대해 배울 수 있는 가능성을 열어줄 것입니다.

이 연구는 국립 과학 아카데미 회보.

JWST에서 특정 주파수 대역에서 빛의 강하 또는 초과를 포함하여 개체의 분광 특성에 대한 후속 관찰은 이러한 후보 개체가 실제로 어두운 별인지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

어두운 별의 존재를 확인하는 것은 JWST가 만든 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 표준 우주론 모델의 예측에 맞추기에는 우주 초기에 너무 많은 큰 은하가 있는 것 같습니다.

Freese는 “우리가 한 것처럼 완전히 새로운 것을 제안하는 것은 항상 가능성이 적기 때문에 표준 모델 내의 무언가를 조정해야 할 가능성이 더 큽니다.”라고 말했습니다. “그러나 초기 은하처럼 보이는 이러한 물체 중 일부가 실제로 어두운 별이라면 은하 형성 시뮬레이션이 관측과 더 잘 일치합니다.”

3개의 후보 어두운 별(JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 및 JADES-GS-z11-0)은 JWST Advanced Deep Extragalactic Survey(JADES)에서 2022년 12월 원래 은하로 식별되었습니다. 분광 분석을 사용하여 JADES 팀은 빅뱅 이후 약 3억 2천만 년에서 4억 년 사이에 이 물체가 관찰되었음을 확인했으며, 이는 이 물체가 지금까지 본 가장 초기 물체 중 하나가 되었음을 확인했습니다.

“James Webb 데이터를 보면 이러한 개체에 대해 두 가지 경쟁 가능성이 있습니다.”라고 Freese는 말했습니다. “하나는 그것들이 수백만 개의 평범한 인구 III 별을 포함하는 은하라는 것입니다. 다른 하나는 그것들이 어두운 별이라는 것입니다. 그리고 믿거나 말거나 하나의 어두운 별은 전체 별 은하와 경쟁하기에 충분한 빛을 가지고 있습니다.”

어두운 별은 이론적으로 태양 질량의 수백만 배, 태양보다 최대 100억 배까지 커질 수 있습니다.

“우리는 2012년에 초거대 암흑별이 JWST로 관측될 수 있다고 예측했습니다.”라고 Colgate University의 물리학 및 천문학 조교수인 Ilie가 말했습니다. “우리가 최근에 출판한 PNAS 기사에서 우리는 Curtis-Lake 등이 분광학적으로 확인한 4개의 높은 적색편이 JADES 천체에 대한 JWST 데이터를 분석할 때 이미 3개의 초대형 암흑별 후보를 발견했으며 곧 더 많은 천체를 식별할 것이라고 확신합니다.”

어두운 별에 대한 아이디어는 Freese와 Doug Spolyar 사이의 일련의 대화에서 시작되었습니다. 당시 Santa Cruz에 있는 캘리포니아 대학의 대학원생이었습니다. 그들은 궁금해했습니다. 암흑 물질은 우주에서 최초로 형성되는 별에 어떤 영향을 줍니까? 그런 다음 그들은 팀에 합류한 유타 대학교의 천체 물리학자인 Paolo Gondolo에게 연락했습니다. 수년간의 개발 끝에 그들은 이 이론에 대한 첫 번째 논문을 저널에 발표했습니다. 물리적 검토 편지 2008 년에.

Freese, Spolyar 및 Gondolo는 함께 다음과 같은 모델을 개발했습니다. 초기 원시 은하의 중심에는 수소 및 헬륨 가스 구름과 함께 매우 밀도가 높은 암흑 물질 덩어리가 있을 것입니다. 가스가 냉각되면 붕괴되고 함께 암흑 물질을 끌어들입니다. 밀도가 증가함에 따라 암흑 물질 입자는 점점 소멸되어 점점 더 많은 열을 추가하여 가스가 일반 별에서와 같이 핵융합을 지원하기에 충분히 밀도가 높은 코어까지 붕괴되는 것을 방지합니다. 대신 계속해서 더 많은 가스와 암흑 물질을 모아 일반 별보다 크고 푹신하고 훨씬 밝아집니다. 일반 별과 달리 전원이 중심에 집중되지 않고 고르게 분산됩니다. 암흑 물질이 충분하면 암흑 별은 태양 질량의 수백만 배, 태양보다 최대 100억 배 더 밝아질 수 있습니다.

이 연구를 위한 자금은 스톡홀름 대학의 우주 입자 물리학을 위한 Oskar Klein 센터의 Vetenskapsradet(스웨덴 연구 위원회)와 미국 에너지부의 고에너지 물리학 사무소 프로그램에서 제공되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230713192847.htm