JWST: ранние галактики могут быть в четыре раза массивнее, чем считалось

Международная команда исследователей, включая физиков из Университета штата Пенсильвания, использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб» для изучения девяти массивных зрелых галактик, прекративших формировать звезды миллиарды лет назад. На основе их спектров астрономы определили, что эти галактики, вероятно, содержат гораздо больше относительно небольших звезд, чем считалось ранее. Credit: Chloe Cheng

Астрономы обнаружили, что некоторые из крупнейших галактик ранней Вселенной содержали гораздо больше маленьких звезд, чем ученые предполагали ранее. Эта скрытая популяция означает, что древние галактики могли быть значительно массивнее, чем показывали предыдущие оценки.

Открытие, сделанное международной командой, в которую вошли исследователи из Университета штата Пенсильвания, добавляет новые вызовы теориям о том, как формировались и эволюционировали первые галактики. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

JWST обнаружил тусклые звезды в древних галактиках

Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), исследователи изучили девять массивных зрелых галактик, которые прекратили производить новые звезды миллиарды лет назад. Они объединили наблюдения JWST за далекой Вселенной с более ранними наземными данными, полученными с помощью Очень Большого Телескопа.

Впервые команде удалось надежно оценить относительное количество маленьких тусклых звезд и гораздо более крупных ярких звезд в галактиках на таких огромных расстояниях.

«Эти галактики другие, — сказал Джоэл Лея, доцент кафедры астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания и соавтор статьи. — Они отличаются так, что это действительно трудно понять, потому что они массивнее, чем мы ожидали, — намного массивнее, у них в три или четыре раза больше массы, чем мы предполагали».

Астрономы провели измерения, разделив свет каждой галактики на спектр. Небольшие вариации цвета в этом спектре могут раскрыть, какие типы звезд присутствуют.

Сложность заключается в том, что крупные яркие звезды доминируют в свете, в то время как меньшие звезды гораздо тусклее и их труднее идентифицировать. Исследователи из Университета штата Пенсильвания внесли экспертный вклад и рекомендации по моделированию света, обнаруженного от галактических систем.

Яркие звезды могут скрывать огромные звездные популяции

«Если бы галактика была городом, самые яркие звезды были бы небоскребами, которые сразу бросаются в глаза издалека, — сказала ведущий автор Хлоя Ченг, недавняя выпускница докторантуры Лейденского университета. — Наши модели показывают, что гораздо более многочисленная популяция звезд малой массы скрыта за этими редкими яркими звездами, как дома, спрятанные между небоскребами. В результате эта галактика оказывается гораздо массивнее, чем предполагали предыдущие оценки».

Традиционно астрономы, оценивающие массу, скрытую в маленьких тусклых звездах, предполагали, что звезды формировались в примерно одинаковых пропорциях по всей Вселенной. Новые результаты ставят под сомнение это давнее допущение.

Исследователи обнаружили, что самые массивные галактики ранней Вселенной, по-видимому, содержат гораздо большую долю звезд малой массы, чем меньшие галактики, такие как Млечный Путь.

Особо выделилась одна галактика, по словам соавтора Мартье Слоб, докторанта Лейденского университета. Она, вероятно, сформировалась менее чем через полтора миллиарда лет после Большого взрыва и может быть в четыре раза массивнее, чем показывали предыдущие расчеты.

«До недавнего времени такие измерения были просто невозможны, — сказала Слоб. — Нам нужен был не только телескоп, способный увеличивать очень далекие галактики, но и спектры исключительного качества, а также новые методы анализа, чтобы надежно обнаружить тонкие признаки тусклых звезд малой массы, скрытых внутри этих космических гигантов».

Еще более масштабная загадка ранней Вселенной

Результаты могут иметь серьезные последствия для ученых, пытающихся понять, как развивались галактики в молодой Вселенной.

С тех пор как JWST начал наблюдать космос, астрономы неоднократно обнаруживали неожиданно массивные и зрелые галактики, существовавшие относительно вскоре после Большого взрыва. Эти открытия уже оказали давление на существующие модели формирования галактик.

«Это открытие имеет решающее значение для нашего понимания ранней Вселенной, — сказал Лея, который также связан с Институтом вычислительных и информационных наук штата Пенсильвания. — С момента запуска JWST астрономы находили удивительно массивные и зрелые галактики, которые уже существовали вскоре после Большого взрыва. Считается, что эти очень ранние галактики эволюционируют в тип галактик, изученных в этой работе; добавление до четырех раз большего количества звезд в эти массивные, рано сформировавшиеся галактики еще больше обостряет эти противоречия».

Если такие галактики содержали значительно больше звезд, чем предполагали исследователи, теории формирования галактик должны объяснить, как такое огромное количество маленьких звезд могло появиться так рано в космической истории.

Скрытые звезды могут означать и больше ранних планет

Последствия могут выходить за рамки формирования галактик.

«Этот результат показывает, что гораздо больше массы, чем считалось ранее, скрыто в звездах малой массы, — сказала Мариска Крик, руководившая исследованием и являющаяся профессором внегалактической астрономии в Лейденской обсерватории. — Это имеет последствия для многих областей астрономии. Например, поскольку многие планеты вращаются вокруг звезд малой массы, это может даже указывать на то, что в ранней Вселенной сформировалось больше планет, чем мы предполагали».

В ближайшие несколько лет исследователи планируют использовать ту же методику для изучения галактик из еще более ранних периодов. Их цель — приблизить наблюдения к моменту, когда начали появляться первые поколения звезд и галактик Вселенной.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Университетом штата Пенсильвания.

Chloe M. Cheng, Martje Slob, Mariska Kriek, Aliza G. Beverage, Pieter G. van Dokkum, Rachel Bezanson, Gabriel Brammer, Charlie Conroy, Anna de Graaff, Elham Eftekhari, Robert Feldmann, Wout M. Goesaert, Meng Gu, Joel Leja, Brian Lorenz, Pavel E. Mancera Piña, Ignacio Martín-Navarro, Andrew B. Newman, Sedona H. Price, Alice E. Shapley, Piyush Sharda, Katherine A. Suess, Arjen van der Wel, Daniel R. Weisz. Скрытая масса в ранних галактиках, выявленная с помощью начальных функций масс с преобладанием маломассивных звезд. Nature Astronomy, 2026; DOI: 10.1038/s41550-026-02932-4