James Webb Uzay Teleskobu (JWST), evrenin en eski cisimlerinden üçünü keşfetti. Bu cisimler, karanlık madde parçacıklarının imha olmasından güç alan kuramsal yıldızlar olabilir. Karanlık yıldızlar, evrenin %25’ini oluşturan ama henüz anlaşılamayan karanlık maddenin doğasını aydınlatabilir.
Yıldızlar, uzayın karanlığında atomların birleşmesi ve enerji yaymasıyla gerçekleşen füzyon işlemi sayesinde ışıl ışıl parlıyor. Ancak bazı yıldızlar, güçlerini başka bir kaynaktan alabilir: karanlık maddeden.
Karanlık madde, evrenin yaklaşık %25’ini oluşturan ama henüz ne olduğu bilinmeyen gizemli bir madde türü. Bilim insanları, karanlık maddenin yeni bir temel parçacık çeşidinden oluştuğunu düşünüyor. Bu parçacıkların çarpıştığında kendilerini imha edip ısı bıraktığı varsayılıyor. Bu ısı da hidrojen bulutlarını ışık saçan yıldızlara dönüştürüyor. Bu kuramsal yıldızlara karanlık yıldız deniyor.
Karanlık yıldızların varlığı, evrenin en gelişmiş gözlem aracı olan James Webb Uzay Teleskobu (JWUT) ile doğrulanabilir. JWUT, evrenin en eski ve en uzak cisimlerini görüntüleyebiliyor. JWUT’nin yaptığı bir gözlemde, evrenin çok erken dönemlerinde oluşmuş üç parlak cisim keşfedildi. Bu cisimler, Güneş’ten milyonlarca kat daha büyük ve parlak olan karanlık yıldızlar olabilir.
Bu keşif, fizik bilimindeki en derin problemlerden biri olan karanlık maddenin doğasını ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. Ayrıca, JWUT’nin karşılaştığı bir sorunu da çözebilir: JWUT ile yapılan gözlemlerde, standart evrenbilim modelinin tahminlerine uymayan çok fazla sayıda büyük galaksi var gibi görünüyor. Eğer bu cisimler gerçekten karanlık yıldız ise, galaksi oluşum canlandırmaları gözlemler ile daha iyi uyuşabilir.
Karanlık madde, evrenin en büyük gizemlerinden biri. Evrenin kütle ve enerjisinin %95’ini oluşturan karanlık madde ve karanlık enerji hakkında çok az şey biliniyor. Karanlık madde sadece yer çekimi etkisiyle kendini belli ediyor. Diğer etkileşimlere girmeyen bu madde türünün ne olduğu henüz anlaşılamadı.
Bilim insanları, karanlık maddenin yeni bir temel parçacık çeşidinden oluştuğunu düşünüyor. Bu parçacıkların adı Zayıf Etkileşimli Ağır Parçacıklar (ZEAP). Bu parçacıklar, adlarından da anlaşılacağı gibi çok zayıf bir şekilde etkileşime giriyor. Bu yüzden de onları tespit etmek çok zor.
ZEAP’ların bir özelliği de çarpıştıklarında kendilerini imha etmeleri. Bu imha sürecinde de ısı açığa çıkıyor. Bu ısı, evrenin erken dönemlerinde hidrojen bulutlarının içine sızarak onları ısıtıyor. Isınan hidrojen bulutları da yıldız oluşumuna başlıyor.
Ancak bu yıldızlar, normal yıldızlardan çok farklı. Normal yıldızlar, hidrojen atomlarını birleştirerek helyum atomları oluşturuyor. Bu süreçte de enerji açığa çıkıyor. Bu enerji, yıldızın ışık saçmasını sağlıyor. Bu işleme füzyon deniyor.
Füzyon işlemi, yıldızın merkezindeki sıcaklık ve basınç çok yüksek olduğunda gerçekleşiyor. Ancak karanlık yıldızlarda, füzyon işlemi başlamadan önce karanlık madde parçacıkları devreye giriyor. Karanlık madde parçacıkları, hidrojen bulutlarının içindeki atomlara çarparak onları ısıtıyor. Bu ısı, yıldızın merkezindeki sıcaklık ve basıncı artırarak füzyon işlemini tetikliyor.
Fakat karanlık madde parçacıkları, füzyon işlemine katılmıyor. Sadece ısı sağlıyor. Bu yüzden de karanlık yıldızlar, normal yıldızlara göre çok daha uzun ömürlü oluyor. Normal yıldızlar, hidrojen yakıtını tükettiğinde füzyon işlemi duruyor ve yıldız sönmeye başlıyor. Karanlık yıldızlar ise, karanlık madde parçacıkları bitene kadar ışık saçmaya devam ediyor.
Karanlık yıldızlar aynı zamanda normal yıldızlardan çok daha büyük ve parlak oluyor. Karanlık madde parçacıkları sayesinde çok daha fazla enerji üreten karanlık yıldızlar, Güneş’ten milyonlarca kat daha büyük ve milyarlarca kat daha parlak olabiliyor.
Karanlık yıldızların varlığı henüz kanıtlanmadı. Ancak JWUT’nin keşfettiği üç parlak cisim, karanlık yıldız olma ihtimali taşıyor. Bu cisimler, evrenin en eski dönemlerinde oluşmuş ve JWUT’nin görüntüleyebildiği en uzak cisimler arasında yer alıyor.
Bu cisimlerin karanlık yıldız olup olmadığını anlamak için daha fazla gözlem yapmak gerekiyor. JWUT’nin bu cisimlerin izgeölçümsel özelliklerine (belli frekans bantlarındaki aşırı ve asgari ışık yoğunlukları da dahil) dönük yürüttüğü takip gözlemleri, bu aday cisimlerin aslında karanlık yıldız olup olmadığını doğrulamaya yardımcı olabilir.
Karanlık yıldızlar, evrenin en ilginç kuramsal cisimlerinden biri. Eğer gerçekten varlarsa, evrenin %25’ini oluşturan ama henüz anlaşılamayan karanlık maddenin doğasını aydınlatmaya yardımcı olabilirler. Ayrıca, JWUT’nin karşılaştığı bir sorunu da çözebilirler: JWUT ile yapılan gözlemlerde, standart evrenbilim modelinin tahminlerine uymayan çok fazla sayıda büyük galaksi var gibi görünüyor. Eğer bu cisimler gerçekten karanlık yıldız ise, galaksi oluşum canlandırmaları gözlemler ile daha iyi uyuşabilir.
Bu araştırma, PNAS bülteninde yayınlandı.
