Zvezde u blizini centra naše galaksije se ponašaju nekako čudno. Tamna materija može biti objašnjenje.
Tim naučnih detektiva (da tako kažem) otkrio je potencijalnu novu klasu zvezda koja bi mogla da postoji u okviru jedne svetlosne godine od centra Mlečnog puta, a koja bi mogla da funkcioniše prema neobičnom mehanizmu: anihilaciji tamne materije. Ovaj proces bi proizveo spoljni pritisak na zvezde osim fuzije vodonika, sprečavajući ih od gravitacionog kolapsa — i čineći ih u suštini besmrtnima, a njihova mladost se stalno osvežava. Nalazi su objavljeni na arXiv preprint serveru.
Zajedno, zvezde koje pokreće tamna materija bi naseljavale novi region dugo uspostavljenog dijagrama koji klasifikuje zvezde po njihovoj temperaturi i osvetljenosti, stavljajući ih dalje od takozvanog glavnog niza gde postoji velika većina zvezda.
Posmatranje našeg galaktičkog centra, oko kojeg rotiraju zvezde galaksije, prilično je teško, pošto je region izuzetno svetao. Supermasivna crna rupa, Strelac A*, nalazi se u centru, čija je masa četiri miliona puta veća od mase Sunca. To je sjajan izvor radio talasa, a snimljen je 2022. Zvezde u blizini Sgr A* kruže oko njega brzinom od nekoliko hiljada kilometara u sekundi (u poređenju sa orbitalnom brzinom Sunca od 240 km/s).
Ove bliske unutrašnje zvezde, nazvane zvezde S-klastera, veoma su zbunjujuće, sa svojstvima za razliku od bilo koje druge na Mlečnom putu. Njihovo poreklo je nepoznato, pošto se okruženje u krugu od oko tri svetlosne godine od centra smatra neprijateljskim prema formiranju zvezda. Čini se da su mnogo mlađi nego što bi se očekivalo da su se preselili unutra sa nekog drugog mesta. Najzagonetnije od svega, izgledaju neobično mlado, sa manje starijih zvezda u komšiluku nego što se očekivalo, a takođe neočekivano, čini se da ima mnogo teških zvezda.
Zvezde su nuklearne peći, koje generišu toplotu sagorevanjem vodonika nuklearnom fuzijom. Toplotno zračenje iz ove reakcije, kao i termodinamička konvekcija zvezdane plazme, vrši spoljašnju silu na sastavne delove zvezde — uglavnom vodonik i helijum. Ta sila je uravnotežena unutrašnjom silom sopstvene gravitacije.
Hertzsprung-Rasel (HR) dijagram klasifikuje zvezde tako što prikazuje njihov sjaj u odnosu na efektivnu temperaturu njihove površine. Izuzimajući bele patuljke i crvene gigante, „glavni niz“ ovog dijagrama krivuda od njegovog gornjeg levog ka donjem desnom uglu, a većina zvezda pada na ovu krivu. (Sunce pada blizu sredine, pošto su njihove svetlosti prikazane kao njihov odnos sa sunčevim). Zvezde na različitim lokacijama u nizu odgovaraju zvezdama različite mase i starosti.
Međutim, tamna materija takođe postoji u galaksiji. Njegovo prisustvo je zaključeno na osnovu zapažanja koja otkrivaju da nema dovoljno obične materije da bi se objasnile brzine rotacije zvezda oko Galaktičkog centra veće od očekivanih.
Gustina tamne materije je najveća blizu centra i opada sa rastojanjem od njega. Razumno je očekivati da će biti ugrađen u zvezde blizu centra, gde je tamna materija najgušća. Ako je tako, anihilacija tamne materije — čestice tamne materije i antičestice koje se sudaraju i proizvode fotone, elektrone, itd. — izvršilo bi dodatni spoljni pritisak unutar zvezde i čak bi moglo da dominira nad nuklearnom fuzijom.
Istraživački tim iz Stokholma i Stanforda otkrio je da je uključivanje moći tamne materije u dinamiku najdubljih zvezda — onih unutar oko trećine svetlosne godine od centra (što je ekvivalentno oko 8% udaljenosti do najbliže zvezde Suncu) — rešava mnoge poznate paradokse.
Da bi uključila anihilaciju tamne materije, grupa je koristila relativno standardne parametre formiranja zvezda tokom evolucionog toka Mlečnog puta, a čestice tamne materije su samo nešto masivnije od protona. Koristeći kompjuterski model za evoluciju zvezda, pretpostavili su da zvezde migriraju na glavnoj sekvenci prema Galaktičkom centru, a zatim su počeli da ubrizgavaju energiju tamne materije u sastav zvezde. Zvezda je zatim evoluirala sve dok nije stigla do grane crvenog džina na dijagramu HR, ili dok nije dostigla starost od 10 milijardi godina, životni vek Mlečnog puta.
Izračunali su zvezdane populacije bez i sa prisustvom tamne materije. Sa tamnom energijom, masivnije zvezde su imale manju gustinu tamne materije, a vodonik u njihovom jezgru se sporije spajao i njihova evolucija je bila usporena. Ali zvezde u regionu sa većom gustinom tamne materije su značajno promenjene – održavale su ravnotežu kroz sagorevanje tamne materije sa manje fuzije ili bez fuzije, što je dovelo do nove zvezdane populacije u HR regionu iznad glavne sekvence.
„Naše simulacije pokazuju da zvezde mogu da prežive samo na tamnoj materiji kao gorivu“, rekla je glavni koautor Izabel Džon sa Univerziteta u Stokholmu, „i pošto postoji izuzetno velika količina tamne materije u blizini Galaktičkog centra, ove zvezde postaju besmrtne, „ostati zauvek mlad, zauzimajući novu, različitu, vidljivu oblast na HR dijagramu.
Njihov model tamne materije možda može da objasni više poznatih misterija. „Za svetlije zvezde, vidimo u našim simulacijama da postaju veoma natečene i da mogu čak da izgube delove svojih spoljašnjih slojeva“, rekao je Džon. Ona je napomenula da bi se „nešto slično ovome moglo primetiti u Galaktičkom centru: takozvani G-objekti, koji bi mogli biti poput zvezda, ali sa oblakom gasa oko njih“.
Postoji ograničen broj pojedinačnih zvezda za koje se zna da postoje tako blizu Galaktičkog centra, jer je region izuzetno svetao. Predstojeći teleskopi od 30 metara moći će mnogo bolje da vide region, što će omogućiti naučnicima da bolje razumeju populaciju njegovih zvezda i verifikuje ili isključuje tamnu glavnu sekvencu.
