Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej fizyki. Choć nie emituje ani nie pochłania światła, wpływa grawitacyjnie np. na rotację galaktyk, zapobiegając ich rozpadowi. Według powszechnie przyjmowanych szacunków ciemna materia stanowi około 85% całej materii we Wszechświecie. Mimo tego nadal nie wiemy, czym dokładnie jest. Teraz jednak naukowcy wskazują na nową, intrygującą możliwość jej wykrycia – poprzez nieznaną dotąd klasę obiektów astronomicznych nazwanych ciemnymi karłami.
Zespół naukowców pod kierownictwem Djuney Croon z Uniwersytetu w Durham zaproponował, że niektóre brązowe karły – czyli obiekty o zbyt małej masie, by podtrzymywać fuzję jądrową tak, jak gwiazdy – mogą zachowywać się w nietypowy sposób, jeśli znajdują się w obszarach o wysokiej koncentracji ciemnej materii, na przykład w pobliżu centrum Drogi Mlecznej.
Według badaczy, jeśli ciemna materia składa się z cząstek zwanych WIMP (ang. Weakly Interacting Massive Particles), mogą one gromadzić się we wnętrzach brązowych karłów. WIMP-y, które są swoimi własnymi antycząstkami, mogą zderzać się ze sobą i anihilować, emitując przy tym fotony, elektrony i inne cząstki z Modelu Standardowego. Taka anihilacja w jądrze obiektu prowadziłaby do uwalniania energii, ogrzewając brązowego karła od wewnątrz – zupełnie inaczej niż w przypadku zwykłych brązowych karłów, które stopniowo stygną.
Obiekty te – nazwane ciemnymi karłami – miałyby zatem szereg unikalnych cech. Byłyby nieco masywniejsze, ich jasność i temperatura pozostawałyby stabilne przez długi czas, a co najważniejsze – zawierałyby lit-7, izotop, który w standardowych brązowych karłach ulega szybkiemu spaleniu. W przypadku ciemnych karłów lit-7 przetrwałby, ponieważ źródłem energii nie byłaby fuzja jądrowa, lecz proces anihilacji cząstek ciemnej materii.
Zidentyfikowanie takich obiektów – chłodnych, masywnych i bogatych w lit – mogłoby stanowić przełom w poszukiwaniach ciemnej materii. Ich odkrycie nie tylko potwierdziłoby istnienie nowej klasy obiektów astronomicznych, ale też pośrednio wskazywałoby na właściwości cząstek ciemnej materii: ich zdolność do anihilacji i oddziaływania grawitacyjnego.
Jak zaznacza współautor badań Jeremy Sakstein z Uniwersytetu Hawajskiego, największe szanse na istnienie ciemnych karłów występują w rejonach o wysokiej koncentracji ciemnej materii – na przykład w samym centrum galaktyki. Tamtejsze warunki sprzyjają przechwytywaniu WIMP-ów przez brązowe karły. Ich wykrycie może być możliwe dzięki takim instrumentom obserwacyjnym, jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, lub dzięki analizom statystycznym populacji gwiazd w poszukiwaniu anomalii w ich właściwościach fizycznych.
Choć samo wykrycie ciemnych karłów nie wystarczyłoby, by jednoznacznie określić, czym jest ciemna materia, mogłoby znacząco zawęzić pole poszukiwań. Jeśli te niezwykłe obiekty rzeczywiście istnieją, stanowiłyby jeden z najbardziej bezpośrednich dowodów na to, że ciemna materia jest nie tylko realna, lecz także aktywna – potrafi oddziaływać, anihilować i… paradoksalnie rozświetlać ciemne obiekty.