Исследование показало, что ранние галактики не были такими массивными, как считалось изначально

Это небольшая часть поля, наблюдаемого камерой NIRCam (Near-Infrared Camera) космического телескопа имени Джеймса Уэбба НАСА для обзора Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Она заполнена галактиками. Свет от некоторых из них путешествовал более 13 миллиардов лет, прежде чем достичь телескопа. Автор: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (University of Texas at Austin)

Когда астрономы впервые увидели галактики в ранней Вселенной с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, они ожидали найти галактические крохи, но вместо этого обнаружили то, что показалось им стаей олимпийских бодибилдеров. Некоторые галактики, казалось, стали такими массивными и такими быстрыми, что моделирование не могло их объяснить.

Некоторые исследователи предположили, что это может означать, что что-то не так с теорией, объясняющей, из чего состоит Вселенная и как она развивалась после Большого взрыва, известной как стандартная модель космологии.

«Мы по-прежнему видим больше галактик, чем предсказывалось, хотя ни одна из них не настолько массивна, чтобы «разрушить» Вселенную», — сказал Хворовски.

Доказательства были предоставлены в ходе исследования CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) под руководством Стивена Финкельштейна, профессора астрономии Техасского университета и соавтора исследования.

Черные дыры добавляют яркости

Согласно этому последнему исследованию, галактики, которые кажутся слишком массивными, вероятно, содержат черные дыры, быстро поглощающие газ. Трение в быстро движущемся газе излучает тепло и свет, делая эти галактики намного ярче, чем если бы этот свет исходил только от звезд. Этот дополнительный свет может создать впечатление, что галактики содержат гораздо больше звезд, и, следовательно, более массивны, чем мы могли бы оценить в противном случае.

Когда ученые исключили из анализа эти галактики, получившие название «маленькие красные точки» (из-за их красного цвета и небольшого размера), оставшиеся ранние галактики оказались не слишком массивными, чтобы вписаться в предсказания стандартной модели.

«Итак, суть в том, что никакого кризиса с точки зрения стандартной модели космологии нет», — сказал Финкельштейн. «Всякий раз, когда у вас есть теория, которая так долго выдерживала испытание временем, вам нужны неопровержимые доказательства, чтобы действительно отвергнуть ее. А это просто не тот случай».

Эффективные фабрики звезд

Хотя они решили главную проблему, остается менее сложная: в данных Уэбба о ранней Вселенной все еще примерно в два раза больше массивных галактик, чем ожидалось из стандартной модели. Одной из возможных причин может быть то, что звезды формировались быстрее в ранней Вселенной, чем сегодня.

«Возможно, на ранней стадии развития Вселенной галактики лучше справлялись с превращением газа в звезды», — сказал Хворовски.

Звездообразование происходит, когда горячий газ охлаждается достаточно, чтобы поддаться гравитации и конденсироваться в одну или несколько звезд. Но по мере сжатия газ нагревается, создавая внешнее давление. В нашей области Вселенной баланс этих противоположных сил имеет тенденцию делать процесс звездообразования очень медленным.

Но, возможно, согласно некоторым теориям, поскольку ранняя Вселенная была плотнее, чем сегодня, было труднее выдувать газ во время звездообразования, что позволяло процессу идти быстрее.

Больше доказательств существования черных дыр

Параллельно астрономы анализировали спектры «маленьких красных точек», открытых Уэббом, причем исследователи из команды CEERS и других организаций обнаружили свидетельства наличия быстро движущегося водородного газа — признака аккреционных дисков черных дыр.

Это подтверждает идею о том, что по крайней мере часть света, исходящего от этих компактных красных объектов, исходит от газа, вращающегося вокруг черных дыр, а не звезд, что подтверждает вывод команды Хворовски о том, что звезды, вероятно, не такие массивные, как изначально считали астрономы. Тем не менее, дальнейшие наблюдения этих интригующих объектов уже ведутся и должны помочь решить загадку о том, сколько света исходит от звезд по сравнению с газом вокруг черных дыр.

Часто в науке, когда вы отвечаете на один вопрос, это приводит к новым вопросам. Хотя исследователи показали, что стандартная модель космологии, вероятно, не сломана, их работа указывает на необходимость новых идей в формировании звезд.

«И поэтому все еще есть это чувство интриги», — сказал Хворовски. «Не все полностью понято. Вот что делает занятия такого рода наукой интересными, потому что это была бы ужасно скучная область, если бы одна статья все выяснила, или не было бы больше вопросов, на которые нужно было бы отвечать».

Другие авторы UT — Майкл Бойлан-Колчин, Энтони Тейлор и Микаэла Бэгли. Они, Финкельштейн (как его директор) и Хворовски являются членами Центра космических рубежей UT, который стремится улучшить наше понимание ранней Вселенной.

Больше информации: Evidence for a Shallow Evolution in the Volume Densities of Massive Galaxies at z = 4 to 8 from CEERS, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad57c1

Источник: University of Texas at Austin