Это небольшая часть поля, наблюдаемая камерой NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА для исследования космической эволюции раннего выпуска (CEERS). Там полно галактик. Свет некоторых из них путешествовал более 13 миллиардов лет, чтобы достичь телескопа. Фото предоставлено: НАСА, ЕКА, ККА, Стив Финкельштейн (Техасский университет в Остине)
Когда астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА впервые обнаружили галактики в ранней Вселенной, они ожидали обнаружить крошечные галактические существа. Однако вместо этого они обнаружили какую-то толпу бодибилдеров-олимпийцев. Некоторые галактики, по-видимому, стали настолько массивными и так быстро, что моделирование не могло их объяснить.
Некоторые исследователи предполагают, что это означает, что что-то не так с теорией, известной как Стандартная модель космологии, которая объясняет, из чего состоит Вселенная и как она развивалась после Большого взрыва.
Согласно исследованию, опубликованному в Астрофизическом журнале под руководством Кэтрин Хворовски, аспиранта Техасского университета в Остине, некоторые из этих ранних галактик на самом деле гораздо менее массивны, чем казалось на первый взгляд. Из-за черных дыр в некоторых из этих галактик они кажутся намного ярче и крупнее, чем они есть на самом деле.
«Мы по-прежнему видим больше галактик, чем прогнозировалось, хотя ни одна из них не является настолько массивной, чтобы «уничтожить» Вселенную», — сказал Хворовски.
Доказательства были предоставлены в рамках исследования ранней космической эволюции Уэбба (CEERS), проведенного Стивеном Финкельштейном, профессором астрономии в UT и соавтором исследования.
Черные дыры увеличивают яркость
Согласно этому последнему исследованию, галактики, которые казались чрезмерно массивными, вероятно, содержат черные дыры, которые быстро поглощают газ. Трение в быстротекущем газе выделяет тепло и свет, делая эти галактики намного ярче, чем они были бы, 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 подумать.
Когда ученые исключают из анализа эти галактики, называемые «маленькими красными точками» из-за их красного цвета и небольшого размера, оставшиеся ранние галактики не слишком массивны, чтобы соответствовать предсказаниям Стандартной модели.
«Итак, суть в том, что нет никакого кризиса по отношению к стандартной модели космологии», — сказал Финкельштейн. «Каждый раз, когда у вас есть теория, которая так долго доказывалась, вам нужны неопровержимые доказательства, чтобы действительно опровергнуть ее. А это не тот случай».
Эффективные фабрики звезд
Это решает основную проблему, но остается менее сложная: в данных Уэбба о ранней Вселенной все еще примерно вдвое больше массивных галактик, чем ожидалось Стандартной моделью. Возможная причина этого могла заключаться в том, что в ранней Вселенной звезды формировались быстрее, чем сегодня.
«Возможно, галактики ранней Вселенной лучше справлялись с преобразованием газа в звезды», — сказал Хворовский.
Звезды образуются, когда горячий газ остывает настолько, что поддается гравитации и конденсируется в одну или несколько звезд. Однако, когда газ сжимается, он нагревается и создает внешнее давление. В нашем регионе Вселенной баланс этих противоположных сил приводит к тому, что процесс звездообразования идет очень медленно.
Согласно некоторым теориям, ранней Вселенной, возможно, было труднее выбрасывать газ во время формирования звезд, потому что он был более плотным, чем сегодня, что ускоряло процесс.
Еще одно свидетельство существования черных дыр
В то же время астрономы проанализировали спектры «маленьких красных точек», обнаруженных с помощью Уэбба. Исследователи как из команды CEERS, так и из других групп обнаружили доказательства наличия быстро движущегося газообразного водорода, отличительной черты аккреционных дисков черных дыр.
Это подтверждает идею о том, что, по крайней мере, часть света от этих компактных красных объектов исходит от газа, циркулирующего вокруг черных дыр, а не от звезд, что подтверждает вывод команды Хворовски о том, что звезды, вероятно, не так массивны, как первоначально думали астрономы. Однако предстоящие дальнейшие наблюдения за этими удивительными объектами должны помочь разгадать загадку того, сколько света исходит от звезд, а не от газа вокруг черных дыр.
В науке ответ на один вопрос часто приводит к появлению новых вопросов. Хотя исследователи показали, что стандартная модель космологии, вероятно, работает, их работа предполагает, что необходимы новые идеи о звездообразовании.
«И это увлечение продолжается», — сказал Хворовский. «Не все до конца понятно. Вот что делает этот вид науки таким захватывающим, потому что было бы ужасно скучно, если бы вы узнали все в одной статье или если бы не осталось вопросов, на которые можно было бы ответить».
Среди других авторов UT Майкл Бойлан-Колчин, Энтони Тейлор и Микаэла Бэгли. Она, Финкельштейн (как его директор) и Хворовски являются членами Космического пограничного центра UT, который стремится улучшить наше понимание ранней Вселенной.
Информация от: Техасским университетом в Остине.
