Τα πρώτα άστρα μπορεί να είχαν τροφοδοτηθεί από τη σκοτεινή ύλη

Πηγή: PhysOrg, 12 Φεβρουαρίου 2008

Για πολύ καιρό, οι επιστήμονες υπέθεταν ότι τα πρώτα -πρώτα άστρα είχαν τροφοδοτηθεί από την σύντηξη, σε διαδικασίες παρόμοιες με αυτές που συναντάμε και στα σημερινά αστέρια. Αλλά μια νέα θεωρία αντικρούει αυτή την άποψη. "Τα πρώτα αστέρια ήταν διαφορετικά με πολλούς τρόπους," λέει η Katherine Freese, θεωρητικός φυσικός στο πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν.

Η Freese, μαζί με τον Douglas Spolyar και τον Paolo Gondolo, προϋποθέτει ότι η εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης ήταν η πηγή ενέργειας που τροφοδότησε τα πρώτα πρώτα αστέρια, που σχηματίστηκαν την εποχή που ο Κόσμος ήταν μεταξύ 100 και 200 εκατομμυρίων ετών.

Εάν αυτό είναι σωστό, κάποια από αυτά που ξέρουμε για τον αστρικό σχηματισμό - και το σχηματισμό του ιδίου του Κόσμου - θα μπορούσαν να τεθούν υπό αμφισβήτηση.

Η εργασία των τριών φυσικών εμφανίζεται στο Physical Review Letters με τίτλο "Σκοτεινή Ύλη και τα πρώτα αστέρια: Μια νέα φάση αστρικής εξέλιξης."

"Η εξαΰλωση σημαίνει ότι η ύλη γίνεται κάτι άλλο," εξηγεί η Freese. Λέει ότι όλα τα σωμάτια έχουν το αντισωμάτιο τους, πχ το  ηλεκτρόνιο έχει το ποζιτρόνιο. Όταν αυτά τα αντίθετα συναντιούνται, η ταυτότητά τους χάνεται και η ενέργεια πηγαίνει αλλού. "Τα σωμάτια της σκοτεινής ύλης είναι τα ίδια τα αντισωμάτια τους. Όταν συναντιούνται, το ένα τρίτο της ενέργειας γίνονται νετρίνα, που δραπετεύουν, το ένα τρίτο γίνονται φωτόνια και το τελευταίο τρίτο πάει στα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια."

Δεξιά: καλλιτεχνική απεικόνιση ενός αόρατου "σκοτεινού άστρου" στο υπέρυθρο φως, που το εκπέμπει ως θερμότητα. Ο πυρήνας του άστρου τυλίγεται από νέφη αερίου υδρογόνου και ηλίου. Η νέα μελέτη προτείνει ότι τα πρώτα αστέρια στον Κόσμο δεν έλαμπαν, αλλά μπορεί να ήταν σκοτεινά αστέρια

"Για να σχηματιστεί ένα αστέρι, για να καταρρεύσει η ύλη του σε ένα πυκνό αντικείμενο, πρέπει να είναι σε θέση να ψυχτεί αρκετά," συνεχίζει η Freese. "Παρατηρήσαμε ότι στα πρώτα αστέρια κάτι αντιτίθεται στη ψύξη τους. Τα αστέρια έτσι δεν μπορούσαν να καταρρεύσουν για να ξεκινήσει η διαδικασία της σύντηξης. Όμως εξέπεμπαν ακόμα ενέργεια. Ήταν σε μια φάση που δεν είχαμε ανακαλύψει πριν."

Η Freese περιγράφει πως τα πρώτα αστέρια πιθανά πήγαν από τη φάση της σκοτεινής ύλης προς τη φάση της σύντηξης. "Τα προϊόντα της εξαΰλωσης ενώθηκαν επιτρέποντας στη σκοτεινή ύλη να θερμανθεί για να μείνει μέσα στο αστέρι, και αυτό εμπόδισε το αστέρι από το να καταρρεύσει και να οδηγηθεί προς μια σύντηξη".

Όταν όλη η σκοτεινή ύλη τελείωσε, πιστεύει η Freese, το αστέρι μπορεί να καταρρεύσει αρκετά για να ξεκινήσει η σύντηξη του υδρογόνου μέσα στο αστέρι. Τα άτομα του υδρογόνου και του ηλίου σε αυτήν την διαδικασία διαμορφώνουν νέα στοιχεία (άνθρακας, άζωτο, οξυγόνο και μέταλλα) έως ότου γίνει αρκετά πυκνό το άστρο  και καταρρεύσει μέσα του. Τέλος, το αστέρι γίνεται σουπερνόβα, και δημιουργούνται νέα βαριά στοιχεία στον πυρήνα του τα οποία εν συνεχεία διασκορπίζονται σε όλο τον κόσμο. Αυτά δε χρησιμοποιούνται στο σχηματισμό των πιο πρόσφατων άστρων.

"Αυτή η νέα φάση είναι αληθινή μόνο στα πρώτα αστέρια," επιμένει η Freese. "Τα αστέρια που βλέπουμε σήμερα είναι άστρα πληθυσμού Ι. Τα προηγούμενα αστέρια ήταν πληθυσμού ΙΙ και τα πρώτα αστέρια αναφέρονται ως πληθυσμός ΙΙΙ. Η εργασία μας αναφέρεται στο σχηματισμό των άστρων του πληθυσμού ΙΙΙ. Αρχικά αυτά δεν ξεκίνησαν με σύντηξη.

Εάν η Freese και οι συνάδελφοί της έχουν δίκιο, θα μπορούσε να αλλάξει ό,τι ξέρουμε για το πώς διαμορφώνονται τα αστέρια. "Η νέα άποψη προσθέτει μια νέα φάση αστρικής εξέλιξης," λέει η Freese. Διευκρινίζει ότι η μελέτη αυτής της θεωρίας θα πρέπει να περιμένει έως το 2013, όταν σχεδιάζεται να προωθήσει η NASA το νέο διαστημικό παρατηρητήριο James Webb Telescope. "Αυτά τα είπαμε σκοτεινά αστέρια," εξηγεί η Freese, "αλλά αυτά θα έλαμπαν ακόμα, αν και λίγο διαφορετικά. Θα ήταν πιο ψυχρά από ό,τι ένα προσανατολισμένο προς την σύντηξη αστέρι. Ελπίζουμε ότι το επόμενο τηλεσκόπιο θα είναι σε θέση να μας πει την διαφορά (αν υπάρχει) μεταξύ των καθιερωμένων τωρινών άστρων, και των πρώτων άστρων."

Μέχρι τότε, η Freese θα συνεχίσουν να σκέπτονται τις ιδιότητες των πρώτων αστεριών, και να προσπαθούν να υπολογίσουν τι επιπτώσεις θα έχει η νέα φάση στην αστρική εξέλιξη στο συγχρονισμό των άλλων εξελίξεων στον Κόσμο. "Μπορεί η νέα φάση να έχει επιπτώσεις στο συγχρονισμό των μαύρων οπών, και την ανάπτυξη του Γαλαξία μας."