Astronomen onderzoeken een nieuwe methode om het bestaan van zogenaamde 'donkere sterren' aan te tonen. Deze hypothetische, gigantische objecten uit de beginfase van het universum zouden een sleutel kunnen vormen in het begrijpen van de vorming van supermassieve zwarte gaten. Recente waarnemingen suggereren namelijk dat deze zwarte gaten veel vroeger in de kosmische tijdlijn verschenen dan theoretische modellen voorheen voorspelden.
Om deze mysteries te ontrafelen, kijken wetenschappers naar Pulsar Timing Arrays (PTA's). Pulsars fungeren in dit proces als uiterst precieze kosmische klokken. Door minuscule variaties in de timing van hun signalen te meten, kunnen astronomen het Doppler-effect waarnemen en zo veranderingen in de positie van deze sterren vaststellen. Deze techniek is reeds bewezen effectief; het vormde de basis voor het aantonen van zwaartekrachtgolven voordat er directe observatiemethoden beschikbaar waren.
Een PTA werkt door een groot netwerk van pulsars over een lange periode te monitoren om statistische afwijkingen in de timing te analyseren. Dit maakt het mogelijk om zwaartekrachtgolven op een kosmische schaal te bestuderen. Een bekend voorbeeld hiervan is het NANOGrav-project, dat gedurende een periode van 15 jaar de signalen van 67 verschillende pulsars heeft gevolgd, zoals vermeld in een artikel van universetoday.com.
Oorspronkelijk was het doel van projecten zoals NANOGrav om bewijzen te vinden voor de kosmische inflatie, de razendsnelle uitdijing van het heelal vlak na de oerknal. Men verwachtte dat deze fase een specifieke achtergrond van zwaartekrachtgolven had achtergelaten, vergelijkbaar met de kosmische microgolfachtergrond. Hoewel er inderdaad golven zijn gedetecteerd, bleek de data echter gedomineerd te worden door signalen van supermassieve zwarte gaten. Volgens is deze kosmische achtergrond te onrustig, waardoor de specifieke signalen van de inflatieperiode moeilijk te onderscheiden zijn.
Juist deze 'ruis' van zwaartekrachtgolven biedt nu nieuwe kansen. Onderzoekers proberen hiermee te achterhalen hoe supermassieve zwarte gaten in het vroege universum zo snel konden groeien. Er worden hierbij twee hoofdscenario's overwogen. Het eerste scenario betreft de Direct Collapse Black Holes (DCBH's). Dit zijn objecten die niet zijn ontstaan uit een stervende ster, maar direct zijn gevormd door het inklappen van gigantische wolken helium en waterstof, waardoor ze zeer snel een enorme massa bereikten.
Het tweede, meer speculatieve scenario betreft de Supermassive Dark Stars (SMDS's). In dit model klappen donkere materie en normale materie samen tot enorme, dichte concentraties. Als donkere materie met zichzelf kan interageren en daarbij energie produceert, zouden deze objecten verlicht worden door het verval van donkere materie in plaats van door de gebruikelijke kernfusie. Zoals beschreven door , zouden deze sterren een massa kunnen hebben die meer dan een miljoen keer groter is dan die van onze zon. Ze zouden schijnen als blauwe reuzen.
Door de verzamelde gegevens van Pulsar Timing Arrays verder te analyseren, hopen wetenschappers vast te stellen welk van deze modellen de werkelijkheid benadert. De resultaten zouden fundamentele inzichten kunnen verschaffen in de vroege evolutie van het heelal en de aard van donkere materie, zoals verder uitgelicht door .