Наблюдая за разными частями электромагнитного спектра, космический телескоп Хаббл и космический телескоп Джеймса Уэбба могут видеть разные вещи в одних и тех же частях Вселенной. Фото: НАСА, Дж. Олмстед (STScI).
С тех пор, как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) впервые увидел раннюю Вселенную, астрономы были удивлены наличием более «ультрамассивных» галактик, чем ожидалось. Согласно наиболее широко распространенной космологической модели, они не должны были развиваться до гораздо более позднего периода истории Вселенной, что вызвало заявления о необходимости изменения модели.
Это перевернуло бы десятилетия устоявшейся науки.
«Развитие объектов во Вселенной является иерархическим. Вы начинаете с малого и становитесь все больше и больше», — сказал Джулиан Муньос, доцент кафедры астрономии Техасского университета в Остине и соавтор недавней статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters. который проверяет изменения в космологической модели. В исследовании делается вывод, что пересмотр стандартной космологической модели не требуется. Однако астрономам, возможно, придется пересмотреть свои знания о том, как формировались и развивались первые галактики.
Космология изучает происхождение, эволюцию и структуру нашей Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Наиболее широко принятая модель космологии называется моделью лямбда-холодной темной материи (ΛCDM) или «стандартной космологической моделью». Хотя модель очень хорошо обоснована, многое о ранней Вселенной осталось теоретическим, поскольку астрономы не могли наблюдать ее полностью, если вообще могли.
Запущенный в 1990 году космический телескоп Хаббл сыграл решающую роль в разработке и уточнении стандартной космологической модели. Он наблюдает за Вселенной в ультрафиолетовом, видимом и некоторых ближних инфракрасных диапазонах света. Однако это позволяет лучше видеть некоторые вещи, чем другие. Например, «Хаббл» хорошо оборудован для наблюдения за меньшими галактиками, которые часто содержат большее количество молодых звезд, излучающих ультрафиолет, и меньше пыли, которая имеет тенденцию поглощать более короткие волны.
Запущенный в конце 2021 года JWST станет важным дополнением к возможностям Хаббла. Наблюдая в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, JWST может обнаруживать объекты, невидимые для Хаббла.
«Мы открываем окно в неизведанное», — сказал Муньос. «Теперь мы можем проверить наши теории о Вселенной там, где раньше это было невозможно».
Инфракрасный снимок Вселенной, сделанный космическим телескопом Джеймса Уэбба. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА и STScI.
Вскоре после Большого взрыва ситуация не была совершенно однородной. Небольшие изменения плотности оказали огромное влияние на будущую структуру и эволюцию Вселенной. Области с большей плотностью привлекли больше материи из-за гравитации, что в конечном итоге привело к образованию все более и более крупных структур.
Стать такими большими и так быстро сверхмассивные галактики, наблюдаемые JWST, теоретически могли бы только в том случае, если бы сразу после Большого взрыва образовалось больше этих областей с более высокой плотностью. Это потребует изменения стандартной космологической модели.
Муньос и его команда проверили эту гипотезу.
Они выбрали диапазон космического времени, для которого доступны наблюдения JWST и Хаббла. В этом диапазоне они определили самые массивные галактики, доступные в данных JWST, и рассчитали величину изменения ранней плотности Вселенной, которая потребуется для их формирования.
Они также подсчитали, сколько меньших галактик возникнет в результате этого гипотетического изменения. Эти дополнительные галактики меньшего размера мог бы наблюдать Хаббл.
«Но это не то, что мы видим», — объяснил Муньос. «Вы не можете изменить космологию настолько, чтобы объяснить эту проблему изобилия, учитывая, что это также повлияет на наблюдения Хаббла».
Так почему же JWST находит так много сверхмассивных галактик? Одна из возможностей заключается в том, что они содержат сверхмассивные черные дыры. Эти черные дыры нагревают близлежащий газ, в результате чего галактики кажутся ярче и, следовательно, массивнее, чем они есть на самом деле. Или, возможно, галактик вообще не было в ранней Вселенной, но они выглядели так, потому что из-за пыли их цвет выглядел более красным, чем в противном случае. Из-за этого сдвига галактики будут казаться дальше, чем они есть на самом деле.
Помимо Муньоса, авторами исследования являются Нэшван Сабти и Марк Камионковски из Университета Джонса Хопкинса.
Информация от: Техасским университетом в Остине
