Zijn er onzichtbare reuzensterren in het heelal?

Een nieuwe studie heeft aangetoond dat de eerste sterren die zich vormden in het universum niet veel overeenkomsten toonden met de sterren die wij op dit moment kennen en onzichtbare reuzensterren waren die beïnvloed werden door de vernietiging van donkere materie. Donkere materie, onzichtbaar spul dat volgens wetenschappers het merendeel van het heelal vult, heeft waarschijnlijk een grote rol gespeeld in de evolutie van het jonge heelal en in de vorming van de eerste sterren na de oerknal.

Exotische processen
Volgens de conventionele theorie van de manier waarop de eerste sterren werden geboren verklonterden waterstof- en heliumatomen als het ware, die vervolgens opgenomen worden in protostellaire wolken. Wanneer zij afkoelden werden krimpten de gaswolken ineen en werd de dichtheid van deze wolken groter. Het afkoeling en ineenkrimpen ging door, totdat de waterstof en helium met elkaar begonnen te fuseren, waardoor de kernfusie van sterren zoals de zon werd ontbrand.

In de nieuwe studie, die in januari verschijnt in de nieuwe uitgave van het tijdschrift Physical Review Letters, laten astrofysici zien wat voor invloed donkere materie had op de temperatuur en de dichtheid van de eerder genoemde gaswolken, die later samenklonterden en de eerste sterren in het heelal lieten geboren. De bevindingen suggereren dat kleine deeltjes van de donkere materie zo erg op elkaar inwerkten dat ze elkaar vernietigen, waardoor er subatomaire deeltjes vrijkwamen die ook wel ‘quarks’ worden genoemd en in de kosmologie gekoppeld worden aan de deeltjes van de tegenhangers anti-materie, die logischerwijs bekend staan als ‘antiquarks’. De vernietiging leverde het ontstaan van warmte op, die er mogelijk voor heeft gezorgd dat de protostellaire wolk van waterstof en helium stopte met afkoelen en ineenkrimpen. Hierdoor konden er ook geen kernreacties meer optreden.

“De warmte kan de afkoeling tenietdoen, waardoor de ster niet verder gaat met ontwikkelen en er een zogenaamde ‘donkere ster’ ontstaat,” verklaarde studieleider Paolo Gondolo van de Universiteit van Utah, Verenigde Staten. “Dit proces heeft waarschijnlijk tussen tachtig en honderd miljoen jaar na de oerknal voltrokken.”

Groot en pluizig
Deze zogenaamde donkere sterren, die vernoemd zijn naar het nummer ‘Dark Star’ van Grateful Dead, zouden voor het grootste deel uit normale materie hebben bestaan, in de vorm van waterstof- en heliummoleculen, maar zouden waarschijnlijk veel groter en ‘pluiziger’ zijn dan de zon en andere sterren. Met veel groter bedoelen astronomen vier tot tweehonderd keer als de grootste sterren die we op dit moment kennen. Het is denkbaar dat donkere sterren vandaag de dag ook nog aanwezig zijn in het heelal, maar is de kans groot dat ze geen voor ons waarneembaar licht uitstoten. Deze objecten zullen waarschijnlijk gammastraling, neutronen en anti-materie zoals positonen en anti-positonen uitstoten, zei Gondolo. “Met het blote oog is een donkere ster onzichtbaar, maar de straling zou je letterlijk frituren.”

De resultaten van de studie hebben een nieuwe fase in de evolutie van sterren geopend en kunnen een bijdrage leveren aan de zoektocht naar bewijs voor het bestaan van donkere materie.