Исследователи исследовали три загадочных объекта в ранней Вселенной. Вот их цветные изображения, полученные с помощью трех полос фильтров NIRCam на борту космического телескопа Джеймса Уэбба. Они удивительно компактны на красных длинах волн (за что их прозвали «маленькими красными точками») и имеют некоторые признаки пространственной структуры на синих длинах волн. Фото предоставлено: Бинцзе Ван/Пенсильванский университет; JWST/NIRСпец.
Недавнее открытие космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST) подтвердило, что яркие, очень красные объекты, ранее обнаруженные в ранней Вселенной, переворачивают традиционные представления о формировании и эволюции галактик и их сверхмассивных черных дыр.
Международная группа под руководством исследователей из Университета штата Пенсильвания в рамках исследования RUBIES идентифицировала три загадочных объекта в ранней Вселенной, примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва, когда Вселенная только существовала, с помощью инструмента NIRSpec. садится в JWST на 5% от своего нынешнего возраста. Они объявили об открытии сегодня, 27 июня, в Astrophysical Journal Letters.
Команда изучила спектральные измерения или интенсивности различных длин волн света, излучаемого объектами. Их анализ выявил следы «старых» звезд возрастом в сотни миллионов лет, намного старше, чем ожидалось в молодой Вселенной.
Исследователи заявили, что они также были удивлены, обнаружив в тех же объектах признаки гигантских сверхмассивных черных дыр. По их оценкам, они в 100–1000 раз массивнее сверхмассивной черной дыры в нашем Млечном Пути. Ни того, ни другого не ожидается в современных моделях роста галактик и образования сверхмассивных черных дыр. Они предполагают, что галактики и их черные дыры сливались в течение миллиардов лет космической истории.
«Мы подтвердили, что они, похоже, полны древних звезд возрастом в сотни миллионов лет во Вселенной, которой всего 600-800 миллионов лет. Примечательно, что эти объекты являются рекордсменами по самым ранним следам древнего звездного света», сказал Бинцзе Ван, постдокторант из Пенсильванского университета и ведущий автор статьи.
«Было совершенно неожиданно обнаружить старые звезды в очень молодой Вселенной. Стандартные модели космологии и формирования галактик оказались невероятно успешными, но эти светящиеся объекты не совсем соответствуют этим теориям».
Исследователи впервые обнаружили массивные объекты в июле 2022 года, когда JWST опубликовал первый набор данных. Несколько месяцев спустя команда опубликовала в журнале Nature статью, в которой объявила о существовании объектов.
В то время исследователи подозревали, что эти объекты были галактиками, но после анализа они выполнили спектральные исследования, чтобы лучше понять фактическое расстояние до объектов и источники их огромного света.
Затем исследователи использовали новые данные, чтобы нарисовать более четкую картину того, как выглядели галактики и что в них было. Команда не только подтвердила, что эти объекты действительно были древними галактиками, но также нашла свидетельства существования удивительно больших сверхмассивных черных дыр и удивительно старого населения звезд.
«Это очень сбивает с толку», — сказал Джоэл Леха, доцент кафедры астрономии и астрофизики Пенсильванского университета и соавтор обеих статей. «Это неудобно вписывается в нашу нынешнюю модель Вселенной, но только если мы рассмотрим экзотическое, безумно быстрое образование в начале времен. Это, без сомнения, самая странная и самая интересная коллекция объектов, с которыми я когда-либо сталкивался в своей карьере. .»
JWST оснащен инфракрасными датчиками, которые могут обнаруживать свет, излучаемый самыми старыми звездами и галактиками. По сути, телескоп позволяет ученым заглянуть в прошлое примерно на 13,5 миллиардов лет, вплоть до зарождения Вселенной, какой мы ее знаем, сказала Лея.
Одна из проблем при анализе древнего света заключается в том, что может быть трудно различить типы объектов, которые могли излучать свет. Эти ранние объекты демонстрируют четкие черты как сверхмассивных черных дыр, так и древних звезд.
Однако, говорит Ван, пока неясно, какая часть наблюдаемого света исходит от каждой отдельной галактики. Это означает, что это могут быть ранние галактики, неожиданно старые и более массивные, чем наш Млечный Путь, и сформировавшиеся гораздо раньше, чем предсказывают модели. Или это могут быть галактики нормальной массы со «сверхмассивными» черными дырами, которые примерно в 100–1000 раз массивнее той, которую такая галактика имела бы сегодня.
«Непросто отличить свет материи, падающей в черную дыру, от света, излучаемого звездами в этих крошечных, далеких объектах». — сказал Ван. «Невозможность обнаружить разницу в текущем наборе данных оставляет много возможностей для интерпретации этих удивительных объектов. Честно говоря, интересно, что так много этой тайны еще предстоит разгадать».
Помимо их необъяснимой массы и возраста, они также не являются обычными сверхмассивными черными дырами, если от них действительно исходит часть света. Они производят гораздо больше ультрафиолетовых фотонов, чем ожидалось, и подобные объекты, изучаемые с помощью других инструментов, лишены характерных особенностей сверхмассивных черных дыр, таких как горячая пыль и яркое рентгеновское излучение. Но, по словам исследователей, самое удивительное, насколько они кажутся массивными.
«Обычно сверхмассивные черные дыры соединяются с галактиками», — сказал Лея. «Они растут вместе и вместе переживают все основные жизненные события. Но здесь мы имеем полностью сформировавшуюся черную дыру, живущую в галактике, которая должна была стать молодой галактикой. Это не имеет смысла, потому что эти вещи должны были расти вместе. или, по крайней мере, они думали, что мы это делаем».
Исследователи также были поражены невероятно маленькими размерами этих систем — всего несколько сотен световых лет в поперечнике, что примерно в 1000 раз меньше нашего Млечного Пути. Звезд примерно столько же, сколько в нашем Млечном Пути (от 10 миллиардов до 1 триллиона звезд), но они занимают объем, в 1000 раз меньший, чем Млечный Путь.
Лея объяснила, что если бы Млечный Путь сжался до размеров найденных галактик, ближайшая звезда находилась бы почти в нашей Солнечной системе. Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, на расстоянии около 26 000 световых лет, будет находиться всего в 26 световых годах от Земли и будет видна на небе как огромный столб света.
«Эти ранние галактики были бы так густо населены звездами – звездами, которые, должно быть, сформировались таким образом, которого мы никогда раньше не видели, в условиях, которых мы никогда не ожидали, и в таком масштабе времени, который мы никогда не ожидали, чтобы увидеть вас». — сказала Лея. «И по какой-то причине Вселенная перестала производить такие объекты всего через несколько миллиардов лет. Они уникальны для ранней Вселенной».
Исследователи надеются провести дальнейшие наблюдения, которые, по их словам, могут помочь прояснить некоторые загадки объектов. Они планируют захватывать более глубокие спектры, направляя телескоп на объекты в течение более длительных периодов времени. Это поможет распутать выбросы звезд и потенциальной сверхмассивной черной дыры, определив конкретные признаки поглощения, которые будут присутствовать в каждой из них.
«Есть еще один способ добиться прорыва, и это совершенно правильная идея», — сказал Лея. «У нас есть все эти кусочки головоломки, и они складываются вместе только в том случае, если мы игнорируем тот факт, что некоторые из них разваливаются. Эта проблема подвержена гениальному удару, который до сих пор ускользал от нас, всех наших сотрудников и всей научное сообщество.»
Информация от: Университетом штата Пенсильвания.
