Welke rol speelde donkere materie in het vroege heelal? Aangezien het de meeste materie uitmaakt, moet het enig effect hebben. In plaats van te branden met waterstoffusie, werden deze "donkere sterren" verhit door de vernietiging van donkere materie.
En deze donkere sterren kunnen er nog steeds zijn.
Slechts een paar honderdduizend jaar na de oerknal, koelde het universum voldoende af om de eerste materie te laten samenvloeien uit een oververhitte wolk van geïoniseerd gas. De zwaartekracht greep zich vast en deze vroege kwestie kwam samen om de eerste sterren te vormen. Maar dit waren geen sterren zoals we ze vandaag kennen. Ze bevatten bijna volledig waterstof en helium, groeiden uit tot een enorme massa en ontploften vervolgens als supernovae. Elke opeenvolgende generatie supernova's bezielde het universum met zwaardere elementen, gecreëerd door de kernfusie van deze vroege sterren.
Donkere materie domineerde ook het vroege heelal, zweefde rond de normale materie in grote halo's en concentreerde het samen met zijn zwaartekracht. Terwijl de eerste sterren zich verzamelden in deze halo's van donkere materie, hielp een proces dat bekend staat als moleculaire waterstofkoeling hen in te storten tot sterren.
Of dat is wat astronomen vaak denken.
Maar een team van onderzoekers uit de VS denkt dat donkere materie niet alleen door zijn zwaartekracht in wisselwerking stond, het was precies daar in het midden van de dingen. Hun onderzoek is gepubliceerd in het artikel 'Dark matter and the first stars: a new phase of stellar evolution'. Deeltjes van samengeperste donkere materie begonnen te vernietigen, waardoor enorme hoeveelheden warmte vrijkwamen en dit moleculaire waterstofkoelingsmechanisme overweldigde. De waterstoffusie werd stopgezet en er begon een nieuwe stellaire fase - een "donkere ster". Enorme ballen van waterstof en helium aangedreven door vernietiging van donkere materie, in plaats van kernfusie.
Als deze donkere sterren stabiel genoeg zijn, is het mogelijk dat ze nog steeds bestaan. Dat zou betekenen dat een vroege populatie van sterren nooit het stadium van de hoofdsequentie heeft bereikt en nog steeds in dit afgebroken proces leeft, ondersteund door de vernietiging van donkere materie. Aangezien de donkere materie wordt verbruikt tijdens de reactie, kan er extra donkere materie uit omringende gebieden naar binnen stromen om de kern verwarmd te houden, en waterstoffusie krijgt misschien nooit de kans om het over te nemen.
Donkere sterren gaan misschien niet zo lang mee. De versmelting van reguliere materie kan uiteindelijk de vernietigingsreactie van donkere materie overweldigen. De evolutie ervan tot een gewone ster zou niet worden gestopt, alleen vertraagd.
Hoe kunnen astronomen naar deze donkere sterren zoeken?
Ze zouden erg groot zijn, met een kernradius groter dan 1 AU (de afstand van de aarde tot de zon), dus ze zouden kandidaten kunnen zijn voor gravitatielens-experimenten. Deze waarnemingen gebruiken de zwaartekracht van nabijgelegen sterrenstelsels om als kunstmatige telescoop te dienen om het licht van een verder weg gelegen object te focussen. Dit is de beste techniek die astronomen nodig hebben om de verste objecten te vinden.
Ze kunnen ook worden gedetecteerd door de vernietigingsproducten van de donkere materie. Als de aard van donkere materie overeenkomt met de theorie van Weakly Interacting Massive Particles, zou de vernietiging ervan zeer specifieke straling en deeltjes in grote hoeveelheden afgeven. Astronomen zouden kunnen zoeken naar gammastraling, neutrino's en antimaterie.
Een derde manier om ze te detecteren, is door te zoeken naar een vertraging in de overgang naar de hoofdreeksfase voor de vroege sterren. De donkere sterren hadden deze fase miljoenen jaren kunnen onderbreken, wat tot een ongebruikelijke kloof in de evolutie van de sterren heeft geleid.
Misschien geven deze donkere sterren astronomen het bewijs dat ze eindelijk moeten weten wat donkere materie werkelijk is.
Oorspronkelijke bron: donkere materie en de eerste sterren: een nieuwe fase van stellaire evolutie
