ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が画期的な発見をした可能性があることが、最近の研究で明らかになった。この望遠鏡は、これまで存在する可能性があるとされてきた想像上の星の一種である「ダークスター」を3つ特定した可能性がある。核融合を動力源とする他の星とは異なり、ダークスターはとらえどころのないダークマター（暗黒物質）によって燃料を供給されていると考えられている。

ダークスターの概念は2007年に初めて提唱された。最近の発見が確認されれば、これら3つの古代の天体はダークスターの存在を証明するだけでなく、JWSTの先駆的な能力を際立たせることになる。これは、宇宙の歴史と進化に関する我々の理解に大きな修正をもたらす可能性がある。

宇宙の星には、赤色矮星、白色矮星、褐色矮星、太陽のようなG型主系列星など、さまざまなタイプがある。質量、大きさ、温度などの違いはあるが、これらの星には核融合によって明るく輝くという共通点がある。しかし、ダークスターは暗黒物質によって動いていると考えられている。

一部の天文学者は、銀河の中心にある超巨大ブラックホールの多くがダークスターとして誕生したのではないかと推測している。しかし、これまでハッブル宇宙望遠鏡でもダークスターは観測されておらず、純粋に理論上の存在にすぎなかった。

ダークスターの概念を最初に提唱した研究者チームは、JWSTのユニークな機能を用いて、3つの現実的な候補を特定したと考えている。これらの候補は、ダークマターを燃料とする星か、核融合星のユニークな銀河の可能性がある。

「宇宙の歴史における恒星の進化の最初の段階は、核融合ではなくダークマターの加熱によって駆動されるダークスター（DS）である可能性がある。ビッグバンによるほぼすべての水素とヘリウムから作られていますが、それらは熱源として機能する十分な量のDMが存在する原始銀河の中心で形成される」と、研究者らは書いている。

ダークマター粒子は重力を通してのみ通常の物質と相互作用すると考えられている。そのため、研究者たちは、ダークスターは他の星と同じように水素とヘリウムを主成分とするが、ごくわずかな割合（約0.1％）でダークマター粒子を含んでいると説明している。この少量の暗黒物質が、核融合の代わりにダークスターの燃料となる。そのユニークな性質により、ダークスターは宇宙の他の星とは異なった見え方がするはずだと研究者らは指摘する。

研究者たちは10年以上にわたってダークスターのモデリングを行い、極端な距離から観測した場合でも銀河と区別できるようなスペクトル指紋を開発した。研究者たちによって特定された3つの候補は、このスペクトル指紋を示している。

研究者たちは、これらが本当にダークスターであると完全に断定することはできないと認めているが、スペクトル指紋と、候補が拡散銀河ではなく「一点」光源として見えることは、これらが人類が観測した最初の暗黒物質燃料星である可能性を支持している。

これらの発見を確認するためには、さらなる研究と観測が必要である。もし検証されれば、これらの太古の天体は、期待を上回り続け、運用1周年を迎えたJWSTの素晴らしい功績に加わることになる。

論文

• PNAS: Supermassive Dark Star candidates seen by JWST

参考文献

• Phys.org: James Webb Space Telescope finds possible evidence of dark stars
• IFL Science: JWST May Have Found The First Evidence For “Dark Stars”

研究の要旨

宇宙の第一世代の星はまだ観測されていない。宇宙の夜明けの始まりを示す天体には、水素を燃やす人口III星と、水素とヘリウムでできているが暗黒物質の加熱で動くダークスターという2つの有力な説がある。ダークスターは超大質量星（M⋆ ∼ 106M⊙）に成長し、非常に明るい星（L ∼ 109L⊙）になる。我々は、以下の3つの天体JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0（赤方偏移z∈[11, 14]）がそれぞれ超巨大暗黒星の解釈と一致することを示し、最初の暗黒星候補を同定した。