Три "червоні монстри" у ранньому Всесвіті кидають виклик сучасним моделям формування галактик

Міжнародна команда дослідників виявила три ультрамасивні галактики — майже такі ж масивні, як Чумацький Шлях, — які вже існували протягом першого мільярда років після Великого вибуху.

Про це розповідають у Женевському університеті (UNIGE), передають OstanniPodii.com.

Несподіване відкриття стало можливим завдяки програмі FRESCO космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), в якій використовується спектрограф NIRCam/grism для вимірювання точних відстаней і зоряних мас галактик. Отримані результати вказують на те, що формування зірок у ранньому Всесвіті було набагато ефективнішим, ніж вважалося раніше, що кидає виклик наявним моделям формування галактик. Дослідження опубліковане в журналі Nature.

У теоретичній моделі, якій віддають перевагу вчені, галактики формуються поступово всередині великих ореолів темної матерії. Гало темної матерії захоплюють газ (атоми й молекули) у гравітаційно зв′язані структури. Зазвичай лише близько 20% цього газу перетворюється на зорі в галактиках.

Однак нові дані ставлять під сумнів цю точку зору. Дослідники виявили, що масивні галактики в ранньому Всесвіті, можливо, були набагато ефективнішими у створенні зірок, ніж їхні пізніші аналоги, і зростали набагато швидше, ніж вважалося раніше.

Відкриття "червоних монстрів"

Унікальні можливості JWST дозволили астрономам систематично вивчати галактики в дуже далекому й ранньому Всесвіті, надаючи уявлення про масивні та приховані пилом галактики. Проаналізувавши галактики в дослідженні FRESCO, вчені виявили, що більшість джерел відповідають наявним моделям.

Однак вони також виявили три напрочуд масивні галактики із зоряними масами, порівнянними із сьогоднішнім Чумацьким Шляхом. Вони формують зорі майже вдвічі ефективніше, ніж їхні менш масивні побратими та галактики пізніших часів. Через високий вміст пилу, який надає їм виразного червоного кольору на зображеннях JWST, їх назвали трьома "червоними монстрами".

"Наші висновки змінюють наше розуміння формування галактик у ранньому Всесвіті", - говорить доктор Менгюань Сяо, провідний автор нового дослідження, постдокторський дослідник на кафедрі астрономії факультету природничих наук UNIGE.

"Масивні властивості цих "червоних монстрів" навряд чи були визначені до JWST, оскільки вони оптично невидимі завдяки пиловому затуханню", - говорить доктор Девід Ельбаз, директор з досліджень центру Paris-Saclay Французької комісії з альтернативних джерел енергії та атомної енергії.

Етап у спостереженнях за галактиками

Міжнародна команда розробила нову програму за допомогою JWST для систематичного аналізу повної вибірки галактик з емісійними лініями за перший мільярд років космічної історії. Цей підхід дозволив команді досягти точних оцінок відстаней і надійних вимірювань зоряної маси для всієї вибірки галактик.

"Наші результати підкреслюють неабияку потужність спектроскопії NIRCam/grism", - пояснює Паскаль Оеш, доцент кафедри астрономії на факультеті природничих наук UNIGE, головний дослідник цієї програми спостережень.

"Інструмент на борту космічного телескопа дозволяє нам виявляти та вивчати зростання галактик у часі, а також отримувати більш чітку картину того, як накопичується зоряна маса протягом космічної історії".

"Занадто багато, занадто масивних" галактик у ранньому Всесвіті

Хоча ці результати не суперечать стандартній космологічній моделі, вони підіймають нові питання для теорій формування галактик, зокрема, питання "занадто багато, занадто масивних" галактик у ранньому Всесвіті.

Наявні моделі можуть потребувати розгляду унікальних процесів, які дозволили певним раннім масивним галактикам досягти такого ефективного зореутворення і, таким чином, сформуватися дуже швидко на дуже ранній стадії розвитку Всесвіту. Майбутні спостереження за допомогою JWST та Атакамської великої міліметрової решітки (ALMA) дадуть змогу глибше пізнати цих надмасивних червоних монстрів і виявити більші вибірки таких джерел.

"Ці результати вказують на те, що галактики в ранньому Всесвіті могли утворювати зорі з несподіваною ефективністю", - підсумовує доктор Сяо. "Коли ми вивчатимемо ці галактики глибше, вони дадуть нам нове розуміння умов, які формували ранні епохи Всесвіту. Червоні монстри -- це лише початок нової ери в нашому дослідженні раннього Всесвіту".

• телескоп Вебба
• Галактики
• Зореутворення в галактиках