Открытие JWST неожиданно сверхмассивных галактик не требует переписи космологии, но все еще оставляет вопросы

С тех пор, как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) впервые увидел раннюю Вселенную, астрономы были удивлены наличием более "сверхмассивных" галактик, нежели ожидалось. Согласно самой распространенной космологической модели, они не должны были бы развиться до более позднего периода истории Вселенной, что вызвало заявления о том, что модель нужно изменить.

Это перевернуло бы десятилетия устоявшейся науки, рассказывают в Техасском университете в Остине.

"Развитие объектов во Вселенной является иерархическим. Вы начинаете с малого и становитесь все больше и больше", - сказал Джулиан Муньос, соавтор недавней статьи, опубликованной в Physical Review Letters, которая проверяет необходимость изменений в космологической модели.

В исследовании сделан вывод, что пересмотр стандартной космологической модели не является необходимым. Однако астрономам, возможно, придется пересмотреть то, что они понимают о формировании и эволюции первых галактик.

Космология изучает происхождение, эволюцию и структуру нашей Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Самая распространенная модель космологии называется моделью Лямбда-холодной темной материи (ΛCDM) или "стандартной космологической моделью". Хотя эта модель является очень хорошо обоснованной, многое о ранней Вселенной остается теоретизированным, поскольку астрономы не могли наблюдать её полностью, если вообще могли.

Запущенный в 1990 году космический телескоп "Хаббл" сыграл ключевую роль в разработке и совершенствовании стандартной космологической модели. Он наблюдает Вселенную в ультрафиолетовых, видимых и некоторых ближних инфракрасных длинах волн света. Однако это позволяет ему видеть некоторые вещи лучше, чем другие. В частности, "Хаббл" хорошо оборудован для наблюдения меньших галактик, которые часто содержат большее количество молодых звезд, излучающих ультрафиолет, и меньше пыли, которая поглощает более короткие длины волн.

Запущенный в конце 2021 года, JWST является важным дополнением к возможностям "Хаббла". Наблюдая в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах, JWST может обнаруживать объекты, невидимые для "Хаббла".

"Мы открываем окно в неизвестное", - говорит Муньос. "Теперь мы можем проверить наши теории о вселенной там, где мы не могли этого сделать раньше".

Вскоре после Большого взрыва все не было идеально однородным. Крошечные вариации плотности имели решающее влияние на будущую структуру и эволюцию Вселенной. Регионы с большей плотностью притягивали больше материи под действием гравитации, что в конце концов привело к формированию все больших и больших структур.

Сверхмассивные галактики, наблюдаемые JWST, теоретически могли бы стать такими большими так быстро, только если бы сразу после Большого взрыва образовалось больше таких областей с высокой плотностью. Это потребовало бы изменения стандартной космологической модели.

Муньос и его команда проверили эту гипотезу.

Они выбрали диапазон космического времени, для которого доступны наблюдения как JWST, так и Хаббла. В пределах этого диапазона исследователи определили самые массивные галактики, доступные в данных JWST, и рассчитали величину изменения ранней плотности Вселенной, которая была бы необходима для их формирования.

Они также подсчитали, сколько меньших галактик образовалось бы в результате этого гипотетического изменения. Эти дополнительные меньшие галактики мог бы наблюдать "Хаббл".

"Но это не то, что мы видим", - объясняет Муньос. "Вы не можете изменить космологию настолько, чтобы объяснить эту проблему изобилия, учитывая, что наблюдения Хаббла также будут нарушены".

Почему же JWST находит так много сверхмассивных галактик? Одна из версий заключается в том, что они содержат сверхмассивные черные дыры. Эти черные дыры нагревают газ поблизости, из-за чего галактики кажутся ярче, а следовательно, массивнее, чем они есть на самом деле. Или же галактик может вообще не быть в ранней вселенной, но они выглядят так, будто они есть, потому что пыль делает их цвет краснее, чем он был бы в противном случае. Это смещение заставило бы галактики казаться более далекими, чем они есть на самом деле.

Также в работе принимали участие ученые из Университета Джона Хопкинса и Гарвардского-Смитсоновского Центра астрофизики.