Nowo odkryta gwiazda jest tak duża, jasna i dziwna, że jej wygląd może wskazywać nam na skupisko ciemnej materii na niebie.
Gwiazda opisana w artykule naukowym opublikowanym na serwisie arXiv i nazwana przez swoich odkrywców Mothra, wydaje się dziwnie jasna jak na obiekt, którego światło potrzebowało 10,4 miliarda lat, aby do nas dotrzeć. Należy ona do niezwykle rzadko odkrywanych gwiazd kaiju: odległych gwiazd o zaskakująco wysokiej jasności pozornej.
W tej kategorii zidentyfikowano jeszcze jedną gwiazdę, nawet jaśniejszą od Mothry. Jej nazwa to Godzilla i jak na razie jest to najjaśniejsza znana gwiazda na niebie.
Pomimo dzielących ich różnic, obie gwiazdy mają pewne intrygujące podobieństwa, które sugerują, że w przestrzeni między nami a nimi czają się masywne zagęszczenia ciemnej materii.
Astrofizyk Jose Diego i jego zespół twierdzą, że mogą to być swoiste próbniki, które pozwolą nam nałożyć pewne ograniczenia na ciemną materię, co z kolei może pomóc nam zrozumieć, czym właściwie ona jest.
Mothra – oficjalnie znana jako EMO J041608.8-240358 – została odkryta podczas obserwacji odległej galaktyki przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Nawet JWST, jakkolwiek potężny, zwykle miałby trudności z wyłapywaniem pojedynczych gwiazd z tak ogromnych odległości. Ten obszar jednak został silnie powiększony przez soczewkę grawitacyjną.
Takie soczewki są skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni wokół masywnego obiektu w przestrzeni, takiego jak galaktyka lub gromada galaktyk. Każde światło podróżujące przez tę zakrzywioną czasoprzestrzeń może zostać zniekształcone, zduplikowane i powiększone. To zjawisko przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina, pozwala nam widzieć bardziej odległe obiekty znacznie dokładniej niż pozwala na to ich odległość.
Zarówno Godzilla, jak i Mothra znajdują się w częściach przestrzeni, które są wypaczone grawitacyjnie przez gromady galaktyk między nami a nimi. Zapewnia to pewne powiększenie, dzięki czemu gwiazdy wydają się jaśniejsze. A przecież akurat te gwiazdy były już jasne same w sobie.
Naukowcy przeszukali dane archiwalne z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i znaleźli dwie obserwacje, które uchwyciły gwiazdę, wykonane w odstępie sześciu miesięcy od siebie w 2014 roku.
Łącząc te dane z danymi JWST, zespół był w stanie określić właściwości gwiazdy. Według obliczeń Diego i jego współpracowników, Mothra jest prawdopodobnie układem podwójnym składającym się z dwóch nadolbrzymów, jednego czerwonego i jednego niebieskiego.
Czerwona gwiazda jest chłodniejsza i ciemniejsza, ma około 5000 kelwinów i jasność 50 000 słońc. Błękitna gwiazda ma znacznie wyższą temperaturę 14 000 kelwinów i jasność około 125 000 słońc.
Najbardziej interesujące jest jednak powiększenie. Sama gromada galaktyk między nami a Mothrą nie jest w stanie wyjaśnić jej powiększenia, które zespół uznał za współczynnik co najmniej 4000. Bliżej gwiazdy znajduje się jeszcze coś, co daje jej dodatkowe powiększenie.
Zespół odkrył, że cokolwiek to jest, ma mniej więcej rozmiar galaktyki karłowatej lub gromady gwiazd – od 10 000 do 2,5 miliona mas Słońca. Ale my tego nie widzimy ani w obserwacjach JWST ani Hubble’a.
Zespół twierdzi, że sugeruje to, że obiekt może być galaktyką karłowatą składającą się prawie w całości z ciemnej materii. Taki obiekt nie byłby bezprecedensowy. Ciemna materia jest niewidzialnym spoiwem Wszechświata, a większość galaktyk ma więcej ciemnej materii niż normalnej. Naukowcy zidentyfikowali obiekty, które wydają się być w większości wykonane z tajemniczej materii.
Potencjalne wykrycie skupisk ciemnej materii między nami a Godzillą i Mothrą wskazuje jednak, że mogą one być stosunkowo powszechne we Wszechświecie. A soczewkowanie może być środkiem, którego można użyć, aby je znaleźć. To z kolei może pomóc naukowcom w nałożeniu ograniczeń na ciemną materię.
„Istnienie tych milisoczewek jest w pełni zgodne z oczekiwaniami standardowego modelu zimnej ciemnej materii” – piszą Diego i jego zespół. „Z drugiej strony istnienie tak małej podstruktury w środowisku gromady galaktyk ma implikacje dla innych modeli ciemnej materii”.
Na przykład wyklucza istnienie ciepłej ciemnej materii i ciemnej materii aksjonowej – dwóch innych teorii – poza określonym zakresem mas.