Відкриття JWST несподівано надмасивних галактик не потребує перепису космології, але все ще залишає питання

Відтоді, як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) вперше побачив ранній Всесвіт, астрономи були здивовані наявністю більш "надмасивних" галактик, аніж очікувалося. Згідно з найпоширенішою космологічною моделлю, вони не повинні були б розвинутись до більш пізнього періоду історії Всесвіту, що викликало заяви про те, що модель потрібно змінити.

Це перевернуло б десятиліття усталеної науки, розповідають в Техаському університеті в Остіні.

"Розвиток об′єктів у Всесвіті є ієрархічним. Ви починаєте з малого й стаєте все більшими й більшими", - сказав Джуліан Муньос, співавтор нещодавньої статті, опублікованої в Physical Review Letters, яка перевіряє необхідність змін в космологічній моделі.

У дослідженні зроблено висновок, що перегляд стандартної космологічної моделі не є необхідним. Однак астрономам, можливо, доведеться переглянути те, що вони розуміють про формування та еволюцію перших галактик.

Космологія вивчає походження, еволюцію та структуру нашого Всесвіту від Великого вибуху до наших днів. Найпоширеніша модель космології називається моделлю Лямбда-холодної темної матерії (ΛCDM) або "стандартною космологічною моделлю". Хоча ця модель є дуже добре обґрунтованою, багато чого про ранній Всесвіт залишається теоретизованим, оскільки астрономи не могли спостерігати його повністю, якщо взагалі могли.

Запущений у 1990 році космічний телескоп "Габбл" відіграв ключову роль у розробці та вдосконаленні стандартної космологічної моделі. Він спостерігає Всесвіт в ультрафіолетових, видимих і деяких ближніх інфрачервоних довжинах хвиль світла. Однак це дозволяє йому бачити деякі речі краще, ніж інші. Зокрема, "Габбл" добре обладнаний для спостереження менших галактик, які часто містять більшу кількість молодих зір, що випромінюють ультрафіолет, і менше пилу, який поглинає коротші довжини хвиль.

Запущений наприкінці 2021 року, JWST є важливим доповненням до можливостей "Габбла". Спостерігаючи у ближньому та середньому інфрачервоному діапазонах, JWST може виявляти об′єкти, невидимі для "Габбла".

"Ми відкриваємо вікно у невідоме", - каже Муньос. "Тепер ми можемо перевірити наші теорії про всесвіт там, де ми не могли цього зробити раніше".

Невдовзі після Великого вибуху все не було ідеально однорідним. Крихітні варіації густини мали вирішальний вплив на майбутню структуру та еволюцію Всесвіту. Регіони з більшою густиною притягували більше матерії під дією гравітації, що врешті-решт призвело до формування все більших і більших структур.

Надмасивні галактики, що їх спостерігає JWST, теоретично могли б стати такими великими так швидко, лише якби відразу після Великого вибуху утворилося більше таких областей з високою щільністю. Це вимагало б зміни стандартної космологічної моделі.

Муньос та його команда перевірили цю гіпотезу.

Вони вибрали діапазон космічного часу, для якого доступні спостереження як JWST, так і Габбла. В межах цього діапазону дослідники визначили наймасивніші галактики, доступні в даних JWST, і розрахували величину зміни ранньої густини Всесвіту, яка була б необхідна для їхнього формування.

Вони також підрахували, скільки менших галактик утворилося б у результаті цієї гіпотетичної зміни. Ці додаткові менші галактики міг би спостерігати "Габбл".

"Але це не те, що ми бачимо", - пояснює Муньос. "Ви не можете змінити космологію настільки, щоб пояснити цю проблему достатку, враховуючи, що спостереження Габбла також будуть порушені".

Чому ж JWST знаходить так багато надмасивних галактик? Одна з версій полягає в тому, що вони містять надмасивні чорні діри. Ці чорні діри нагрівають газ поблизу, через що галактики здаються яскравішими, а отже, масивнішими, ніж вони є насправді. Або ж галактик може взагалі не бути в ранньому всесвіті, але вони виглядають так, ніби вони є, тому що пил робить їхній колір червонішим, ніж він був би в іншому випадку. Цей зсув змусив би галактики здаватися більш далекими, ніж вони є насправді.

Також у роботі брали участь науковці з Університету Джона Гопкінса та Гарвардського-Смітсонівського Центру астрофізики.