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Als die allerersten Sterne aufleuchteten, waren sie möglicherweise von der dunklen Materie befeuert worden, die den Wissenschaftlern lange Zeit entging.

Diese "dunklen Sterne", die vor fast 13 Milliarden Jahren zum ersten Mal geboren wurden, mögen heute noch existieren. Obwohl sie kein sichtbares Licht abgeben würden, könnten Astronomen diese unsichtbaren Riesen entdecken? 400 bis 200.000 mal breiter als unsere Sonne und 500 bis 1.000 mal so massiv? weil sie Gammastrahlen, Neutrinos und Antimaterie ausspeien und mit Wolken aus kaltem, molekularem Wasserstoffgas verbunden sein sollten, das normalerweise solche energetischen Teilchen nicht beherbergen würde.

Wenn Wissenschaftler diese Sterne finden, könnten sie die Suche nach Dunkler Materie unterstützen. Sie könnten auch dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, warum Schwarze Löcher sich viel schneller gebildet haben als erwartet.

Wissenschaftler glauben, unsichtbare, noch nicht identifizierte dunkle Materie macht etwa 95 Prozent aller Materie im Universum aus. Sie wissen, dass es existiert, weil sich Galaxien schneller drehen als durch die sichtbare Materie in ihnen erklärt werden kann.

Zu den Hauptkandidaten für dunkle Materie gehören WIMPs oder schwach wechselwirkende massive Teilchen. Eine Art von WIMP, von der Wissenschaftler theoretisieren, wird als Neutralino bezeichnet. Diese Teilchen können sich gegenseitig auslöschen und Wärme erzeugen. Sie würden auch Quarks und ihre Antimaterie-Gegenstücke, Antiquarks, produzieren, die kollidieren würden, um Gammastrahlen, Neutrinos und Antimaterie wie Positronen und Antiprotonen zu emittieren.

Die Forscher berechneten, dass im neugeborenen Universum, etwa 80 bis 100 Millionen Jahre nach dem Urknall, Proto-Sternwolken aus Wasserstoff und Helium zu kühlen und zu schrumpfen versuchten, während Neutrinos diese heiß und groß gehalten hätten. Das Ergebnis könnten dunkle Sterne sein, die von dunkler Materie anstatt von Atomenergie wie bei normalen Sternen angetrieben werden. Diese würden größtenteils aus normaler Materie bestehen, hauptsächlich in Form von Wasserstoff und Helium, wären aber wesentlich größer und flauschiger als die Sonne und die gegenwärtigen Sterne.

"Es ist eine völlig neue Art von Stern mit einer neuen Energiequelle", sagte Forscher Katherine Freese, eine theoretische Physikerin an der Universität von Michigan.

Der Forscher Paolo Gondolo, ein Teilchenastrophysiker an der Universität von Utah, wollte diese neuen, theoretischen Arten von unsichtbaren Sternen als "braune Riesen" bezeichnen, ähnlich düsteren, aber kleineren, Jupiter-großen Sternen, die als "braune Zwerge" bekannt sind. Aber er sagte, seine Mitarbeiter bestanden darauf, sie "dunkle Sterne" zu nennen, nachdem der Song "Dark Star" 1967 zum ersten Mal von der verehrten Rockband The Grateful Dead gespielt wurde. "Es gibt auch ein dunkles Star-Lied von Crosby, Stills, Nash und Young, an das wir gedacht hatten", sagte Freese.

"Es war ein guter Name", bemerkte Gondolo.

Obwohl dunkle Sterne aus weniger als 1 Prozent dunkler Materie bestehen, "ist es sehr wichtig", erklärte er. "Es wandelt seine gesamte Masse mit der 100% igen Effizienz in die Einstein-Gleichung E = mc um2. Normale Sterne, die auf Kernenergie angewiesen sind, wandeln nur einen kleinen Bruchteil ihrer Masse in Energie um, 1 oder 2 Prozent. "

Es gab anfangs Skepsis, ob die Dichte dunkler Materie im frühen Universum hoch genug war, um die Entstehung dunkler Sterne zu unterstützen. "Aber wir haben es überprüft und so haben zwei andere Gruppen, und sie stimmen uns zu", sagte Freese.

Dunkle Sterne könnten mit dem James Webb Space Telescope der nächsten Generation entdeckt werden, dessen Start für 2014 geplant ist. "Es kann sein, dass diese Sterne sich schließlich zusammenschließen und Cluster von ihnen könnten mit dem James Webb Space Telescope sichtbar sein", sagte Gondolo.

Wenn Wissenschaftler dunkle Sterne entdecken, "würden sie uns eine sehr wichtige Sache sagen, dass dunkle Materie aus Elementarteilchen besteht", sagte Gondolo. "In diesem Moment wissen wir absolut nichts darüber, woraus die dunkle Materie besteht. Wir wissen, wo die dunkle Materie ist, wie viel dort ist, aber wir wissen ihre Natur nicht."

Dunkle Sterne könnten auch erklären, warum Schwarze Löcher viel schneller als erwartet entstanden sind. Astronomen haben schwarze Löcher gefunden, die nur ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall existierten, doch die gegenwärtigen Theorien legen nahe, dass sie länger brauchen würden, um sich zu bilden. Dunkle Sterne könnten sehr früh in schwarze Löcher gestürzt sein, sagte Gondolo, weil sie sehr kurzlebig sein könnten und sich gebildet hätten, als das Universum noch jung war.

Darüber hinaus könnten dunkle Sterne ein Rätsel lösen, das mit Sternen im galaktischen Halo zu sehen ist. Der dunkle, grobsphärische Teil der Galaxie erstreckt sich über die sichtbare Hauptkomponente hinaus. "Es gibt eine Fülle von Elementen in den sehr alten Halostern, die schwer zu erklären sind, und dunkle Sterne können das erklären. Sie würden schließlich die benötigten chemischen Häufigkeiten schaffen", sagte Gondolo.

Es ist unwahrscheinlich, dass heute dunkle Sterne gebildet werden, sagte Freese.

"Das frühe Universum war kompakter als es jetzt ist, und alles war dichter, einschließlich der Menge an dunkler Materie, die man an einem bestimmten Ort hatte", erklärte sie. "Jetzt hat sich das Universum erweitert und die Dinge sind weniger dicht, was es heute schwieriger macht, dunkle Sterne zu erschaffen."

Es bleibt ungewiss, wie lange dunkle Sterne noch leben könnten, sagte Freese.

"Diejenigen, die sich im frühen Universum gebildet haben, hätten so lange weitermachen können, wie sie dunkle Materie hatten, um sie zu stärken", sagte Freese. "Sie beginnen im Zentrum der dunklen Materie" Halos "- riesige kugelförmige Globen der dunklen Materie - und diese verschmelzen immer mit anderen, so dass einige ihren Dunkle Materie Treibstoff sehr früh ausgebrannt haben und entweder normale Sterne geworden sind oder zusammengebrochen sind, aber es bleibt eine offene Frage, wenn sie bis jetzt überlebt haben. "

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