Протогалактики, видимые космическим телескопом Джеймса Уэбба. Фото предоставлено: НАСА
Стандартная модель формирования галактик в ранней Вселенной предсказывала, что космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) увидит слабые сигналы от маленьких примитивных галактик. Но эти данные не подтверждают широко распространенную гипотезу о том, что невидимая темная материя помогла самым ранним звездам и галактикам сгруппироваться вместе.
Вместо этого самые старые галактики большие и яркие, что соответствует альтернативной теории гравитации, согласно новому исследованию Университета Кейс Вестерн Резерв, опубликованному 12 ноября в Astrophysical Journal. Результаты бросают вызов пониманию астрономами ранней Вселенной.
«То, что предсказала теория темной материи, — это не то, что мы видим», — сказала астрофизик Стейси Макгоф из Case Western Reserve, чья статья описывает формирование структур в ранней Вселенной.
Макгоф, профессор и директор астрономии в Case Western Reserve, сказал, что роль, возможно, сыграло изменение гравитации, а не темная материя. Он говорит, что теория под названием MOND (Модифицированная ньютоновская динамика) в 1998 году предсказала, что формирование структур в ранней Вселенной должно было произойти очень быстро – намного быстрее, чем предсказывала теория холодной темной материи, известная как лямбда-CDM.
JWST был разработан, чтобы ответить на некоторые из самых важных вопросов во Вселенной, например: как и когда образовались звезды и галактики? До своего запуска в 2021 году ни один телескоп не мог заглянуть так глубоко во Вселенную и в далекое прошлое.
Lambda-CDM предсказывает, что галактики сформировались в результате постепенного накопления материи от небольших структур к более крупным из-за дополнительной гравитации, создаваемой массой темной материи.
«Астрономы изобрели темную материю, чтобы объяснить, как можно перейти от очень гладкой ранней Вселенной к большим галактикам с большим количеством пустого пространства между ними, которые мы видим сегодня», — сказал Макгоф.
Маленькие кусочки собирались во все более крупные структуры, пока не сформировались галактики. JWST сможет увидеть эти маленькие галактики-прародители как слабый свет.
«Ожидали, что каждая большая галактика, которую мы видим в соседней Вселенной, образовалась из этих крошечных кусочков», — сказал он.
Но даже при все более высоких красных смещениях — если вы все раньше и раньше смотрите на эволюцию Вселенной — сигналы становятся больше и ярче, чем ожидалось.
МОНД предсказал, что масса, из которой формируется галактика, быстро собирается и первоначально расширяется наружу вместе с остальной частью Вселенной. Более сильная гравитация замедляет расширение, затем обращает его вспять, и материал сжимается сам в себя, образуя галактику. В этой теории вообще нет темной материи.
По словам Макгофа, большие и яркие структуры, которые JWST наблюдал на очень ранних этапах развития Вселенной, были предсказаны MOND более четверти века назад. Он стал соавтором статьи вместе с бывшим научным сотрудником Case Western Reserve Федерико Лелли, ныне работающим в INAF – астрофизической обсерватории Арчетри в Италии, и бывшим аспирантом Джеем Франком. Четвертый соавтор — Джеймс Шомберт из Университета Орегона.
«Суть в том, что я вам так говорил», — сказал Макгоф. «Меня учили, что это грубо говорить, но в этом суть научного метода: делать прогнозы, а затем смотреть, какие из них сбываются». Он добавил, что по-прежнему остается большой проблемой доказать теоретическое открытие, совместимое с как МОНД, так и общая теория относительности.
Информация от: Университетом Кейс Вестерн Резерв.
