В 2007 году Кэтрин Фриз в соавторстве с другими астрофизиками предложила концепцию тёмных звёзд, которые могли образоваться на ранней стадии существования Вселенной. С тех пор учёные продолжали строить модели и уточнять список характеристик, которыми может обладать такая звезда. В новом исследовании Фриз и её коллеги обнаружили в данных, собранных телескопом Джеймс Уэбб, три кандидата, отвечающих всем требованиям.
В ранней Вселенной слабовзаимодействующие массивные частицы (Weakly Interacting Massive Particle, WIMP) аннигилировали между собой в тех областях, где их плотность была высокой. Каждая тёмная звезда формировалась в гало тёмной материи, приблизительно равной 1 000 000 масс Солнца (1 Mасса Солнца = 1.99 × 10^30 кг). Масса такой звезды может достигать до десяти миллионов солнечных масс, а светимость — до десяти миллиардов превышать солнечную.
На ранних стадиях формирования звезды, когда плотность газа низкая, излучается большая часть энергии, выделяемой в процессе звездообразования. Однако по мере сжатия газа и увеличения его плотности, значительная часть энергии передаётся газу, нагревая его. Учёные вычислили пороговое значение плотности газа, после которого большая часть энергии аннигиляции остаётся внутри ядра и нагревает его так, что процесс эволюции звезды изменяется и коллапс ядра не происходит.
Эта фаза эволюции тёмных звёзд может существенно отличаться от известных, как и синтез тяжёлых элементов, необходимых для формирования будущих поколений звёзд. Главный вопрос модели состоял в том, как долго длится такая фаза эволюции тёмных звёзд. Если такие объекты стабильны в течение длительного периода времени, то тёмные звёзды можно наблюдать и сегодня.
Обнаруженные кандидаты — JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 иJADES-GS-z11-0 — полностью соответствуют характеристикам тёмных звёзд. В работе 2007 года астрономы предсказывали, что мощности телескопа Джеймс Уэбб будет достаточно для наблюдения кандидатов в тёмные звёзды. Косвенно доказать существование этих объектов может регистрация продуктов аннигиляции на детекторах нейтрино, например AMANDA или ICECUBE. А фотоны, образовавшиеся в результате аннигиляции, могли внести вклад в фон γ-излучения, тогда существование тёмных звёзд можно подтвердить наблюдениями с черенковских телескопов, таких как HESS, VERITAS и MAGIC.