Когда космический телескоп Джеймса Уэбба позволил астрономам взглянуть на самые ранние галактики во Вселенной, по понятным причинам возникла некоторая путаница. Учитывая, что эти галактики существовали во время «космических сумерек», менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, они казались «невероятно большими» для своего возраста. Согласно наиболее широко используемой космологической модели — модели лямбда-холодной темной материи (LCDM) — первые галактики во Вселенной не успели достичь такой массы и должны были быть скромнее по размерам.
Это привело астрономов к еще одному «кризису космологии», предполагая, что преобладающая модель происхождения и эволюции Вселенной была ошибочной. Однако, согласно новому исследованию международной группы астрономов, эти галактики не такие уж «невероятно большие», и то, что мы видели, могло быть результатом линзирования. Короче говоря, наличие черных дыр в некоторых из этих ранних галактик делало их намного ярче и крупнее, чем они были на самом деле. Это хорошая новость для астрономов и космологов, которым нравится LCDM как есть!
Исследование возглавила Кэтрин Чворовски, аспирантка Техасского университета в Остине (Юта) и научный сотрудник Национального научного фонда (NSF). К ней присоединились коллеги из Космического пограничного центра UT, NOIRLab NSF, Института астрономии и астрофизики Данлэпа, Института фундаментальной физики и астрономии Митчелла, Центра космического рассвета (DAWN), Института Нильса Бора, Нидерландского института космических исследований. (SRON), Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, Европейское космическое агентство (ESA), Научный институт космического телескопа (STScI) и другие известные университеты и институты. Статья, подробно описывающая их выводы, появилась недавно в Астрофизический журнал.
Данные были собраны в рамках исследования ранней космической эволюции (CEERS) под руководством Стивена Финкельштейна, профессора астрономии в UT и соавтора исследования. В предыдущем исследовании Авишай Декель и его коллеги из Института физики Рака при Еврейском университете в Иерусалиме (HUJI) утверждали, что наличие тонких пылевых облаков в ранней Вселенной способствовало быстрому звездообразованию в галактиках. Декель и Чжаочжоу Ли (стипендиат Марии Склодовской-Кюри в HUJI) также были соавторами этого последнего исследования.
Как объяснили Хворовски и ее коллеги, наблюдаемые галактики казались массивными только потому, что их центральные черные дыры быстро поглощали газ. Этот процесс вызывает трение, заставляющее газ выделять тепло и свет, создавая иллюзию того, что звезд гораздо больше, и искажая официальные оценки массы. Эти галактики выглядели как «маленькие красные точки» на Уэбб Изображение (см. ниже). После исключения из анализа оставшиеся галактики соответствовали предсказаниям стандартной модели LCDM.
«Итак, суть в том, что нет никакого кризиса относительно стандартной модели космологии», — сказал Финкельштейн в пресс-релизе UT. «Когда у вас есть теория, которая так долго выдерживала испытание временем, вам нужны неопровержимые доказательства, чтобы действительно отвергнуть ее. И это совсем не так».
Однако вопрос о количестве галактик в останках Уэбб Данных в два раза больше, чем предсказывает Стандартная модель. Одно из возможных объяснений состоит в том, что в ранней Вселенной звезды формировались быстрее. По сути, звезды формируются из облаков пыли и газа (туманностей), которые охлаждаются и конденсируются до такой степени, что подвергаются гравитационному коллапсу, вызывая ядерный синтез. Когда внутренняя часть звезды нагревается, создается внешнее давление, которое противодействует гравитации и предотвращает дальнейшее коллапс. Баланс этих противостоящих сил гарантирует, что звездообразование в нашем регионе космоса происходит относительно медленно.
Согласно некоторым теориям, Вселенная была намного плотнее, чем сегодня, что не позволяло звездам выбрасывать газ во время их формирования, что ускоряло процесс. Эти результаты перекликаются с рассуждениями Декеля и его коллег в их предыдущей работе, хотя они объясняют, что галактик больше, чем несколько массивных. Аналогично, команда CEERS и другие исследовательские группы получили спектры этих черных дыр, которые указывают на наличие быстро движущегося газообразного водорода, что может означать, что у них есть аккреционные диски.
Вращение этих дисков могло обеспечить некоторую яркость, которую раньше ошибочно принимали за звезды. В любом случае, дальнейшие наблюдения этих «маленьких красных точек» все еще ожидаются, что должно помочь прояснить все оставшиеся вопросы о том, насколько массивны эти галактики и происходило ли звездообразование в ранней Вселенной быстрее или нет. Хотя это исследование показало, что модель космологии LCDM на данный момент безопасна, его результаты поднимают новые вопросы о процессе формирования звезд и галактик в ранней Вселенной.
«И это увлечение продолжается», — сказал Хворовский. «Не все до конца понятно. Вот что делает этот вид науки таким интересным, потому что это была бы ужасно скучная область, если бы вы узнали все в одной статье или если бы больше не было вопросов, на которые можно было бы ответить».
Дополнительная литература: Новости UT, Астрономический журнал
