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Os cientistas estão trabalhando com Telescópio Espacial James Webb Três objetos astronômicos incomuns foram descobertos no início de 2025, Possível exemplo de Dark Star. O conceito de estrelas escuras já existe há algum tempo e pode mudar a compreensão dos cientistas sobre como as estrelas comuns se formam. No entanto, seu nome é um tanto enganador.
Ainda assim, o nome capta a essência do fenômeno. A “escuridão” no nome não se refere ao brilho desses objetos, mas ao processo que os faz brilhar – alimentado por uma substância misteriosa chamada “escuridão”. matéria escura. O enorme tamanho desses objetos torna difícil classificá-los como estrelas.
Como físico, sempre fui fascinado pela matéria escura e tenho tentado encontrar uma forma de observá-la. Rastreamento usando aceleradores de partículas. Estou curioso para saber se as estrelas escuras poderiam fornecer outra maneira de procurar matéria escura.
O que torna a matéria escura escura?
matéria escuraConstituindo cerca de 27% do universo, mas incapaz de ser observada diretamente, esta é uma ideia chave por trás do fenômeno da estrela escura. Os astrofísicos estudam esta substância misteriosa há quase um século, mas não vimos nenhuma evidência direta dela além dos seus efeitos gravitacionais. Então, o que torna a matéria escura escura?
Principalmente humano Observe o universo Detecção de passe ondas eletromagnéticas Emitido ou refletido por vários objetos. Por exemplo, a lua é visível a olho nu porque reflete a luz solar. Os átomos na superfície da Lua absorvem fótons (partículas de luz) emitidos pelo Sol, fazendo com que os elétrons dentro dos átomos se movam e enviem um pouco de luz de volta para nós.
Telescópios mais avançados detectam ondas eletromagnéticas além do espectro visívelcomo ondas ultravioleta, infravermelhas ou de rádio. Eles usam o mesmo princípio: os componentes carregados dos átomos reagem a essas ondas eletromagnéticas. Mas como detectam a matéria escura, uma substância que não só não tem carga, mas também não contém componentes carregados?
Embora os cientistas não conheçam a natureza exata da matéria escura, muitos modelos sugerem que ela é composta de partículas eletricamente neutras (sem carga). Esta propriedade torna impossível observar a matéria escura da mesma forma que a matéria comum.
Acredita-se que a matéria escura seja feita de partículas que são suas próprias antipartículas. Antipartícula é Versões “espelho” de partículas. Eles têm a mesma massa, mas cargas opostas. Quando uma partícula encontra uma antipartícula, Os dois se destroem Numa explosão de energia.
Se as partículas de matéria escura fossem suas próprias antipartículas, elas se aniquilariam quando colidissem umas com as outras, liberando potencialmente grandes quantidades de energia. Os cientistas prevêem que este processo desempenha um papel fundamental na formação de estrelas escuras, desde que a densidade das partículas de matéria escura no interior destas estrelas seja suficientemente elevada. A densidade da matéria escura determina a frequência com que as partículas da matéria escura se encontram e se aniquilam. Se a densidade da matéria escura dentro das estrelas escuras for alta, elas serão aniquiladas com frequência.
O que faz uma estrela escura brilhar?
O conceito de estrelas escuras deriva de uma questão fundamental, mas não resolvida, na astrofísica: como as estrelas são formadas? Na visão amplamente aceita, nuvens primordiais de hidrogênio e hélio, dois elementos químicos, formaram-se nos primeiros minutos da criação do universo. Big Bangcerca de 13,8 bilhões de anos atrás – entrou em colapso sob a influência da gravidade. eles aquecem e desencadear fusão nuclearqual formar elementos mais pesados De hidrogênio e hélio. Esse processo resultou A formação da primeira geração de estrelas.
Na visão padrão da formação estelar, a matéria escura é considerada um elemento passivo, exercendo apenas uma atração gravitacional sobre tudo ao seu redor, incluindo o hidrogênio e o hélio primordiais. Mas e se a matéria escura desempenhar um papel mais ativo no processo? Essa é exatamente a pergunta que um grupo de pessoas fez Astrofísico formado em 2008.
No ambiente denso do universo primitivo, as partículas de matéria escura seriam colidir uns com os outros e destruirliberando energia no processo. Essa energia pode aquecer o hidrogênio e o hélio, evitando que entrem em colapso ainda mais e atrasem ou até mesmo impeçam a ignição típica da fusão nuclear.
O resultado seria um objeto parecido com uma estrela, mas alimentado pelo aquecimento da matéria escura, em vez da fusão. Ao contrário das estrelas comuns, estas estrelas escuras podem viver mais porque continuam a brilhar enquanto atraem matéria escura. Esta propriedade irá torná-las diferentes das estrelas comuns, uma vez que as suas temperaturas mais baixas levam à redução das emissões de várias partículas.
Podemos observar estrelas escuras?
Vários recursos exclusivos podem ajudar os astrônomos Identifique potenciais estrelas escuras. Primeiro, os objetos devem ser muito antigos. À medida que o universo se expande, as frequências da luz Menos objetos se afastam da Terramove-se em direção à extremidade infravermelha do espectro eletromagnético, o que significa que sofre um “desvio para o vermelho”. esse Os objetos mais antigos parecem ter os maiores desvios para o vermelho para o observador.
Como as estrelas escuras são feitas de hidrogênio primordial e hélio primordialespera-se que contenham poucos ou nenhum elemento mais pesado, como o oxigênio. Suas superfícies são muito grandes e frias, mas altamente luminosas, porque seu tamanho e a área superficial que emitem luz compensam o menor brilho superficial.
Espera-se também que sejam muito grandes, com raios da ordem de dezenas de vezes unidade astronômica — A medição da distância cósmica é igual à distância média entre a Terra e o Sol. Em teoria, algumas estrelas escuras supermassivas têm cerca de 10.000 a 10 milhões de vezes a massa do Sol, dependendo da quantidade de matéria escura e de hidrogénio ou hélio que conseguem acumular à medida que crescem.
Então, os astrônomos observaram estrelas escuras? Talvez. Dados do Telescópio Espacial James Webb revelaram alguns objetos com desvio para o vermelho muito alto que parecem mais brilhantes e potencialmente mais massivos do que os cientistas esperavam para galáxias ou estrelas primitivas típicas. Esses resultados levaram alguns pesquisadores a propor Estrelas escuras podem explicar esses objetos.
Estrelas escuras podem explicar os primeiros buracos negros
O que acontece quando uma estrela escura fica sem matéria escura? Depende do tamanho da estrela escura. Para as estrelas escuras mais leves, o esgotamento da matéria escura significa que a gravidade comprime o hidrogénio restante, desencadeando a fusão nuclear. Neste caso, a estrela escura acabará por se tornar uma estrela comum, então algumas estrelas podem ser estrelas escuras para começar.
Estrelas escuras supermassivas são ainda mais fascinantes. No final da sua vida, uma estrela escura supermassiva morta entrará em colapso diretamente em um buraco negro. Este buraco negro pode começar a se formar buraco negro supermassivoconforme os astrônomos observam nos centros das galáxias, incluindo o centro da nossa própria galáxia Via Láctea.
As estrelas escuras também podem explicar como os buracos negros supermassivos se formaram no início do universo. eles podem lançar alguma luz sobre Buraco negro único observado por astrônomos. Por exemplo, um buraco negro na galáxia UHZ-1 tem uma massa de quase 10 milhões de massas solares e é muito antigo – formou-se apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. Os modelos tradicionais têm dificuldade em explicar como é que um buraco negro tão massivo se pode formar tão rapidamente.
A ideia de uma estrela escura não foi aceita universalmente. Estas candidatas a estrelas escuras ainda podem ser apenas galáxias incomuns. Alguns astrofísicos acreditam que a acreção de matéria é um processo Objetos enormes atraem matéria circundante – por si só pode produzir estrelas massivas, e estudos usando observações do Telescópio James Webb não conseguem distinguir entre estrelas comuns massivas e estrelas fracas menos densas e mais frias.
Os pesquisadores enfatizaram que precisam de mais dados observacionais e avanços teóricos para resolver esse mistério.
