Mindent megváltoztat ez a döbbenetes felfedezés a galaxisról

A Tejútrendszer központja közelében csoportosuló furcsa csillagok sokkal fiatalabbak, mint azt a csillagfejlődési elmélet előrejelzi. Egy új kutatás azt sugallja, hogy a fiatalságuk valóban örökké tarthat – és a sötét anyag megsemmisülése táplálja ezeket az „örökéletű” csillagokat.

A sötét anyag lehet a titka a kozmikus halhatatlanságnak

Egy új tanulmány szerint a Tejútrendszer középpontja körül kavargó különleges csillaghalmaz "halhatatlanná" válhat, ha folyamatosan befogja és elpusztítja a sötét anyag részecskéit a magjában. A csillagfejlődés számítógépes szimulációi segítségével a kutatók azt találták, hogy az e csillagok gravitációja által befogott sötét anyag részecskéi gyakran ütközhetnek és "megsemmisíthetik" egymást a csillag belsejében, közönséges részecskévé alakulva, miközben jelentős mennyiségű energia szabadul fel. 

A Tejútrendszer galaktikus központjának illusztrációja, amely a szupermasszív fekete lyukat mutatja egy gázkorongban, körülötte a csillaghalmazokkal
Fotó:  ESA–C. Carreau

Ez a kiegészítő energiaforrás megőrizheti a csillag stabilitását, és potenciálisan halhatatlanná teheti, még azután is, hogy a „normál” nukleáris üzemanyag-készlete elfogyott – állítják a kutatók. "A csillagok hidrogént égetnek el a magfúzió során" - nyilatkozta a Live Science tudományos hírportálnak Isabelle John, a tanulmány vezető szerzője, a Stockholmi Egyetem asztrorészecske-fizikai doktorandusza. "Az ebből fakadó külső nyomás kiegyenlíti a gravitációs erők befelé irányuló nyomását, és stabil egyensúlyban tartja ezeket a csillagokat."

A csillag belsejében megsemmisülő sötét anyag teremtheti meg a csillag „örök” stabilitását

A Tejútrendszer központi szupermasszív fekete lyukának közelében észlelt csillagok sokkal fiatalabbnak tűnnek, mint ahogy azt a csillagfejlődési elmélet megjósolja. A rejtély felderítésére a kutatók azt tesztelték, hogy a csillagok nyerhetnek-e energiát a galaktikus központban létező bőséges sötét anyagkészletből.

A Tejútrendszer középpontjáról, a Saggitarius A szupermasszív fekete lyuk környezetéről készített asztrofotó
Fotó: NASA/JPL-Caltech/James Webb

 „Szimulációink azt mutatják, hogy ha a csillagok nagy mennyiségű sötét anyagot tudnak összegyűjteni, ami a csillag belsejében megsemmisül, az ezzel járó energiafelszabadulás következtében ahhoz hasonló külső nyomás jön létre, mint a magfúzió során keletkezett nyomás, és ami stabillá teszi a csillagot – így a csillagok a sötét anyagot használhatják fel nukleáris üzemanyagként a hidrogén helyett ” – mondta Isabelle John. "A fontos különbség az, hogy a normál csillagok elhasználják a hidrogénjüket, ami végül a halálukhoz vezet. 

A sötét anyag eloszlása a Tejútrendszer körül (művészi illusztráció)
Fotó: Wikimedia Commons

Másrészt ezek a csillagok folyamatosan képesek gyűjteni a sötét anyagot" -fűzte hozzá a kutató. 

Ez a képességük pedig gyakorlatilag halhatatlanná teheti őket. 

A még felülvizsgálatra váró teljes tanulmány az arXiv preprint szerveren olvasható el.

Sötét anyag és csillagfejlődés

A sötét anyag csillagászati műszerekkel közvetlenül azért nem észlelhető speciális anyagfajta, mert nem bocsát ki és nem nyel el semmilyen elektromágneses sugárzást. Jelenlétére csak a látható anyagra és a mikrohullámú háttérsugárzásra kifejtett gravitációs hatása alapján lehet következtetni. A modellszámítások szerint az általunk ismert univerzum anyagának mindössze 4,6 százalékát alkotja a látható anyag, 23 százalékát a sötét anyag, míg a világegyetem legnagyobb hányadát, közel 72 százalékát pedig a sötét energia tölti ki. A sötét anyag létezésére több közvetett bizonyítékot is találtak az elmúlt két évtizedben. 

A sötét anyag Tejútrendszeren belüli megoszlását ábrázoló grafika 
Fotó:  N. Jeffrey; Dark Energy Survey Collaboration

A csillagok a kialakulásuk után időben különböző fejlődési szakaszokon, életciklusokon mennek keresztül. Egy csillag élete akkor kezdődik el, ha a molekuláris gázból álló csillagközi felhőkben kialakuló anyagcsomók a gravitáció hatására annyira összetömörülnek, hogy a magjukban keletkezett nyomás és hőmérséklet hatására beindul a magfúzió, amelynek során a hidrogén héliummá alakul. 

Amíg a csillag el nem égeti a hidrogénkészletét, addig az állapota stabil marad. 

Ha a hidrogénkészletet a csillag magjában zajló termonukleáris fúzió felemészti, alapvetően attól függ a csillag sorsa, hogy mekkora a tömege. A megszűnő hidrogén-reakció miatt a gravitáció először összenyomja a csillagot, így a magjában akkora nyomás és hőmérséklet keletkezik – mintegy 100 millió Kelvin – hogy beindul a hidrogénciklus „salakanyagának” számító hélium magfúziója. 

Egy összeomló, szupernóva állapotba kerülő vörös óriás művészi ábrája
Fotó: Space.com

A rendkívül forró mag hatására a csillag külső rétegei igen nagy sebességgel kiterjednek, akár 100-szorosára növelve a csillag méretét. Ez az úgynevezett vörös óriás állapot azonban nem tart túl sokáig, és ismét csak a tömegtől függ, hogy ezután mi történik a csillaggal. Egy naptömegű csillag esetében a héliumkészlet elégetése után a megszűnő sugárnyomás miatt a csillag összeomlik, és egy kis tömegű szupersűrű égitest, a fehér törpe jön létre, ami fokozatosan kisugározza az energiáját és egy teljesen halott fekete törpévé alakul át. Ha a csillag tömege meghaladja az úgynevezett Chandrashekar-határt, akkor a csillag egyetlen gigantikus termonukleáris robbanásban, a szupernóva-robbanásban az anyaga jelentős részét szétsugározza. 

A szupernóva-robbanás egyik lehetséges következménye az univerzum legtitokzatosabb képződménye, a fekete lyuk (művészi illusztráció)
Fotó: NASA

A tömeg függvényében pedig a csillag megmaradt anyaga vagy neutroncsillaggá, vagy pedig – ritkább esetben – fekete lyukká válik. A Tejútrendszer középpontjának közelében felfedezett „sötétanyag-evő” csillagok ettől eltérően szinte korlátlan ideig fenn tudják tartani a stabil állapotukat a publikálásra váró tanulmány szerint.