دانشمندانی که با تلسکوپ فضایی جیمز وب کار می کنند، در اوایل سال 2025 سه جرم نجومی غیرمعمول را کشف کردند که ممکن است نمونه هایی از ستاره های تاریک باشند. مفهوم ستاره های تاریک مدتی است که مطرح شده و می تواند درک دانشمندان از چگونگی شکل گیری ستاره های معمولی را تغییر دهد. با این حال، نام آن ها تا حدی گمراه کننده است.

به گزارش ایسنا، ستاره های تاریک از آن دسته نام هایی است که در نگاه اول، به درستی ماهیت پدیده ای را که توصیف می کند، نشان نمی دهد. ستاره های تاریک دقیقا ستاره نیستند و قطعا هم تاریک نیستند. تاریک در این نام به روشنایی این اجرام اشاره ندارد، بلکه به فرایندی اشاره می کند که باعث درخشیدن آن ها می شود. فرایندی که توسط ماده ای اسرارآمیز به نام ماده تاریک هدایت می شود. اندازه بسیار بزرگ این اجرام، طبقه بندی آن ها به عنوان ستاره را دشوار می کند.

به نقل از اسپیس، ماده تاریک که حدود 27 درصد از محتوای جهان را تشکیل می دهد، اما نمی توان آن را به طور مستقیم مشاهده کرد، ایده ای کلیدی در پس پدیده ستاره های تاریک است. اخترفیزیکدانان نزدیک به یک قرن است که این ماده اسرارآمیز را مطالعه می کنند، اما تاکنون هیچ شواهد مستقیمی از آن به جز اثرات گرانشی اش مشاهده نکرده ایم. پس چه چیزی ماده تاریک را تاریک می کند؟

انسان ها عمدتا جهان را با آشکارسازی امواج الکترومغناطیسی که از اجرام مختلف گسیل می شوند یا از آن ها بازتاب می یابند، مشاهده می کنند. برای مثال، ماه با چشم غیرمسلح دیده می شود، زیرا نور خورشید را بازتاب می دهد. اتم های سطح ماه، فوتون ها که ذرات نور هستند و از سوی خورشید ارسال می شوند را جذب می کنند و این جذب باعث جابه جایی الکترون ها درون اتم ها می شود و بخشی از آن نور به سوی ما بازتاب می یابد. تلسکوپ های پیشرفته تر، امواج الکترومغناطیسی خارج از محدوده نور مریی، مانند فرابنفش، فروسرخ یا امواج رادیویی را آشکار می کنند. آن ها نیز از همین اصل استفاده می کنند: اجزای دارای بار الکتریکی در اتم ها به این امواج واکنش نشان می دهند. اما چگونه می توان ماده تاریک را آشکار کرد که نه تنها بار الکتریکی ندارد، بلکه هیچ جزء باردار الکتریکی هم در خود ندارد؟

اگرچه دانشمندان ماهیت دقیق ماده تاریک را نمی دانند، بسیاری از مدل ها پیشنهاد می کنند که این ماده از ذراتی با بار الکتریکی صفر تشکیل شده است. همین ویژگی باعث می شود مشاهده ماده تاریک به همان روشی که ماده معمولی را می بینیم، ناممکن باشد.

گمان می رود ماده تاریک از ذراتی تشکیل شده باشد که پادذره خودشان هستند. پادذره ها نسخه های آینه ای ذرات اند؛ آن ها جرم یکسان اما بار الکتریکی و برخی ویژگی های دیگرِ مخالف دارند. هنگامی که یک ذره با پادذره خود برخورد می کند، هر دو در یک انفجار انرژی یکدیگر را نابود می کنند.

اگر ذرات ماده تاریک پادذره خودشان باشند، با برخورد با یکدیگر نابود می شوند و احتمالا مقادیر زیادی انرژی آزاد می کنند. دانشمندان پیش بینی می کنند که این فرایند، تا زمانی که چگالی ذرات ماده تاریک درون این ستاره ها به اندازه کافی بالا باشد، نقشی کلیدی در شکل گیری ستاره های تاریک ایفا می کند. چگالی ماده تاریک تعیین می کند که ذرات ماده تاریک هر چند وقت یک بار با هم برخورد کرده و نابود شوند. اگر چگالی ماده تاریک درون ستاره های تاریک بالا باشد، این نابودی ها به طور مکرر رخ می دهد.

ایده ستاره های تاریک از یک پرسش بنیادی اما حل نشده در اخترفیزیک سرچشمه می گیرد: ستاره ها چگونه شکل می گیرند؟ بر اساس دیدگاه پذیرفته شده، ابرهایی از هیدروژن و هلیوم که نخستین عناصر شیمیایی که در دقایق اولیه پس از مه بانگ، حدود 13٫8 میلیارد سال پیش، شکل گرفتند هستند، تحت گرانش فرو ریختند. این ابرها داغ شدند و همجوشی هسته ای را آغاز کردند؛ فرایندی که در آن عناصر سنگین تر از هیدروژن و هلیوم ساخته شد. این روند به پیدایش نخستین نسل ستارگان انجامید.

در دیدگاه استاندارد شکل گیری ستاره ها، ماده تاریک عنصری منفعل در نظر گرفته می شود که صرفا نیروی گرانشی بر محیط اطراف خود از جمله هیدروژن و هلیوم نخستین اعمال می کند. اما اگر ماده تاریک نقشی فعال تر در این فرایند داشته باشد چه؟ دقیقا همین پرسش بود که گروهی از اخترفیزیک دانان در سال 2008 مطرح کردند.

در محیط متراکم جهان اولیه، ذرات ماده تاریک می توانستند با یکدیگر برخورد کرده و نابود شوند و در این فرایند انرژی آزاد کنند. این انرژی می توانست گاز هیدروژن و هلیوم را گرم کند، از فروپاشی بیشتر آن جلوگیری کند و آغاز معمول همجوشی هسته ای را به تاخیر بیندازد یا حتی به طور کامل مانع آن شود.

نتیجه، جرمی شبیه ستاره خواهد بود. جرمی که به جای همجوشی هسته ای، با گرمایش ناشی از ماده تاریک تغذیه می شود. برخلاف ستاره های معمولی، این ستاره های تاریک ممکن است عمر بسیار طولانی تری داشته باشند، زیرا تا زمانی که ماده تاریک را به سوی خود جذب می کنند، به درخشیدن ادامه می دهند. این ویژگی آن ها را از ستاره های عادی متمایز می کند، چراکه دمای سطحی پایین ترشان به گسیل کمتر انواع مختلف ذرات منجر می شود.

چند ویژگی منحصربه فرد به اخترشناسان کمک می کند نامزدهای احتمالی ستاره های تاریک را شناسایی کنند. نخست اینکه این اجرام باید بسیار قدیمی باشند. با انبساط جهان، بسامد نوری که از اجرام بسیار دور به زمین می رسد کاهش می یابد و به بخش فروسرخ طیف الکترومغناطیسی جابه جا می شود که پدیده ای است که انتقال به سرخ نام دارد. قدیمی ترین اجرام، بیشترین انتقال به سرخ را نشان می دهند.

از آنجا که ستاره های تاریک از هیدروژن و هلیوم نخستین شکل می گیرند، انتظار می رود که مقدار بسیار کمی از عناصر سنگین تر، مانند اکسیژن، در خود داشته باشند یا اصلا نداشته باشند. آن ها بسیار بزرگ و در سطح خنک ترند، اما به شدت درخشان هستند، زیرا اندازه عظیمشان و مساحت سطحی بزرگی که نور گسیل می کند، روشنایی سطحی کمتر را جبران می کند.

همچنین انتظار می رود این اجرام بسیار عظیم باشند و شعاعی در حد ده ها واحد نجومی داشته باشند که واحدی است که برابر با فاصله متوسط زمین تا خورشید است. برخی از ستاره های تاریک فوق پرجرم، بسته به میزان ماده تاریک و گاز هیدروژن یا هلیومی که در طول رشد خود جذب می کنند، از نظر تئوری می توانند جرمی در حدود 10 هزار تا 10 میلیون برابر جرم خورشید داشته باشند.

پس آیا اخترشناسان تاکنون ستاره های تاریک را مشاهده کرده اند؟ شاید. داده های تلسکوپ فضایی جیمز وب برخی اجرام با انتقال به سرخ بسیار بالا را آشکار کرده است که روشن تر و احتمالا پرجرم تر از آن چیزی هستند که دانشمندان برای کهکشان ها یا ستاره های اولیه معمول انتظار دارند. این نتایج برخی پژوهشگران را به این نتیجه رسانده که ستاره های تاریک می توانند توضیح دهنده این اجرام باشند.

وقتی یک ستاره تاریک ماده تاریک خود را از دست می دهد، چه رخ می دهد؟ پاسخ به اندازه آن بستگی دارد. برای سبک ترین ستاره های تاریک، کاهش ماده تاریک به این معناست که گرانش، هیدروژن باقی مانده را فشرده می کند و همجوشی هسته ای آغاز می شود. در این حالت، ستاره تاریک در نهایت به یک ستاره معمولی تبدیل می شود؛ بنابراین ممکن است برخی ستارگان کار خود را به عنوان ستاره تاریک آغاز کرده باشند.

ستاره های تاریک فوق پرجرم حتی جذاب ترند. در پایان عمرشان، یک ستاره تاریک فوق پرجرمِ مرده می تواند مستقیما به یک سیاه چاله تبدیل شود. این سیاه چاله ممکن است آغازگر شکل گیری یک سیاه چاله فوق پرجرم باشد که از همان نوعی است که اخترشناسان در مرکز کهکشان ها، از جمله کهکشان راه شیری خودمان، مشاهده می کنند.

ستاره های تاریک همچنین ممکن است توضیح دهند که سیاه چاله های فوق پرجرم چگونه در جهان اولیه شکل گرفته اند. آن ها می توانند راز برخی سیاه چاله های منحصربه فرد مشاهده شده توسط اخترشناسان را آشکار کنند. برای نمونه، سیاه چاله ای در کهکشان UHZ-1 جرمی نزدیک به 10 میلیون برابر جرم خورشید دارد و بسیار قدیمی است و این جرم تنها 500 میلیون سال پس از مه بانگ شکل گرفته است. مدل های سنتی برای توضیح اینکه چنین سیاه چاله های عظیمی چگونه می توانسته اند در این مدت کوتاه شکل بگیرند، با دشواری روبه رو هستند.

ایده ستاره های تاریک مورد پذیرش همگانی نیست. ستاره های تاریک ممکن است در نهایت فقط کهکشان هایی غیرمعمول از آب درآیند. برخی اخترفیزیکدانان استدلال می کنند که فرایند برافزایش ماده یعنی کشیده شدن ماده پیرامون به سوی اجرام پرجرم به تنهایی می تواند ستاره های بسیار عظیم ایجاد کند و مطالعات مبتنی بر مشاهدات تلسکوپ جیمز وب نمی توانند به طور قطعی میان ستاره های معمولی بسیار پرجرم و ستاره های تاریکِ کم چگال تر و خنک تر تمایز قائل شوند.

پژوهشگران تاکید می کنند که برای حل این معما به داده های رصدی و پیشرفت های نظری بیشتری نیاز است.