Астрономы сделали это открытие с помощью космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST), крупнейшей и самой мощной внеземной обсерватории на сегодняшний день. Запущенный в декабре 2021 года JWST стоимостью 10 миллиардов долларов специализируется на обнаружении инфракрасного излучения, подобно очкам теплового видения.
Ученые используют JWST для изучения раннего космоса. Вселенная сильно расширилась с тех пор, как родилась около 13,8 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва, и это означает, что свет от ранних галактик к моменту достижения Земли становится более красным, подобно тому, как сирена машины скорой помощи звучит для людей более низким тоном, когда машина уезжает. JWST призван помочь уловить свет самых ранних галактик, большая часть которого сместилась в инфракрасный диапазон.
Когда астрономы получили от JWST первые проблески галактик в ранней Вселенной, они ожидали увидеть миниатюрные версии современных галактик. Вместо этого они обнаружили, что некоторые галактики очень быстро стали очень большими.
Предыдущее исследование позволило предположить, что в представлениях ученых о том, из чего состоит Вселенная и как она развивалась после Большого взрыва, известных как стандартная модель космологии, что-то не так. В целом ранние галактики казались больше, чем предполагала стандартная модель, «примерно в два раза», — рассказал Space.com соавтор исследования Стив Финкельштейн, астрофизик из Техасского университета в Остине.
Теперь Финкельштейн и его коллеги обнаружили, что некоторые из этих ранних галактик на самом деле гораздо менее массивны, чем казалось на первый взгляд. О своих выводах они подробно рассказали 26 августа в журнале The Astrophysical Journal.
В новом исследовании ученые рассмотрели 261 галактику, образовавшуюся примерно через 700 миллионов — 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Чтобы оценить массу галактик, ученые обычно смотрят, сколько света излучает галактика, и делают вывод о количестве звезд, которые, вероятно, генерируют весь этот свет. Раньше, когда речь шла о ранних галактиках, космический телескоп НАСА «Хаббл» «мог наблюдать только самые горячие и массивные звезды», — говорит Финкельштейн. «JWST наблюдает в более красном диапазоне длин волн, поэтому он чувствителен к более холодным звездам с меньшей массой, что позволяет более точно измерить общее количество звезд в этих галактиках».
Ученые обнаружили, что из-за черных дыр девять из этих ранних галактик выглядят гораздо ярче — и, соответственно, больше, — чем они есть на самом деле. Хотя черные дыры получили свое название из-за того, что их гравитационное притяжение настолько мощное, что даже свет не может вырваться наружу, газ, падающий в черные дыры, может ярко светиться из-за трения, которое он испытывает, врываясь туда на высокой скорости. Из-за этого дополнительного света может показаться, что в галактиках больше звезд, чем на самом деле.
После того как исследователи учли эти галактики, пораженные черными дырами, стандартная модель смогла объяснить оставшиеся ранние галактики.
«Итак, суть в том, что никакого кризиса в стандартной модели космологии нет», — сказал Финкельштейн в пресс-релизе. «Когда у вас есть теория, которая так долго выдерживала испытание временем, у вас должны быть подавляющие доказательства, чтобы действительно отбросить ее. А этого просто нет».
Однако «мы по-прежнему видим больше галактик, чем предсказывалось, хотя ни одна из них не является настолько массивной, чтобы «разорвать» Вселенную», — отметила в пресс-релизе ведущий автор исследования Кэтрин Чворовски, аспирантка Техасского университета в Остине.
Одна из возможных причин того, что JWST видит примерно в два раза больше массивных ранних галактик, чем ожидается по стандартной модели, заключается в том, что в ранней Вселенной звезды формировались быстрее, чем сегодня. «Возможно, в ранней Вселенной галактики лучше превращали газ в звезды, — говорит Чворовски в пресс-релизе.
Звезда рождается, когда облако газа поддается собственной гравитации и разрушается. Однако, сжимаясь, газ нагревается из-за трения, создавая внешнее давление. В наше время эти противоположные силы обычно приводят к медленному звездообразованию. Однако, поскольку ранняя Вселенная была более плотной, чем современная, некоторые исследования предполагают, что во время звездообразования было трудно изгнать газ, что позволило ему происходить быстрее.
Теперь «мы хотели бы понять, почему мы наблюдаем то, что наблюдаем», — сказал Финкельштейн. «Один из способов сделать это — изучить, как эти галактики наращивают свою звездную массу». Такие данные будут получены в ближайшие несколько месяцев, «и мы сможем использовать их, чтобы лучше понять, как сформировались эти массивные галактики».
