Благодаря космическому телескопу имени Джеймса Уэбба ученые могут узнать, что происходило вскоре после рождения Вселенной миллиарды лет назад. Это возможно, потому что свет распространяется не мгновенно, а значит, очень далекие объекты мы можем видеть такими, какими они были очень давно.
Одной из неразрешимых загадок, появившихся из-за данных «Уэбба», стали найденные по его снимкам ультрамассивные галактики. Дело в том, что согласно принятой сейчас космологической модели, такие большие объекты не должны были появиться так рано. Ученые предположили, что ошибочна не устоявшаяся за десятилетия космологическая теория, а выводы об объектах, запечатленных «Уэббом». Об их исследовании сообщается на сайте Техасского университета в Остине (США).
Не «влезают» в теорию Большого взрыва
Устоявшуюся математическую модель происхождения, эволюции и структуры нашей Вселенной называют ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter) — то есть, «Лямбда-Холодная темная материя». Она подразумевает, в числе прочего, что после Большого взрыва Вселенная разрасталась постепенно.
«Развитие объектов во Вселенной иерархично. Сначала малое — потом все большее и большее», — поясняет доцент кафедры астрономии Джулиан Муньос.
Модель убедительно, если отталкиваться от имеющихся сейчас данных, обоснована. Но все равно многие представления о ранней Вселенной — пока лишь теоретические рассуждения, ведь астрономы не могли наблюдать полностью весь процесс ее формирования и изменения.
Значительную роль в обосновании ΛCDM сыграл космический телескоп «Хаббл», запущенный в 1990 году. Он наблюдает за Вселенной в ультрафиолетовом, видимом и некоторых ближних инфракрасных диапазонах света. Это позволяет качественно наблюдать за сравнительно небольшими галактиками, которые часто содержат больше молодых звезд, излучающих ультрафиолет, и меньше пыли, которая имеет тенденцию поглощать более короткие волны. «Хаббл» был прорывом для своего времени и давал беспрецедентную пищу для размышлений ученым — и все больше утверждал ΛCDM.
Затем, в 2021 году на орбиту был выведен телескоп имени Джеймса Уэбба. Работая в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, он может фиксировать объекты, невидимые для «Хаббла». И обнаруженные с его помощью сверхмассивные галактики нарушили уже выстроенную теорию.
По данным университетской обсерватории, как минимум одна галактика была даже более массивной, чем наш Млечный путь. Но ее датируют всего 500-700 млн лет после Большого взрыва, а наша галактика росла до такого размера миллиарды лет.
Сейчас считается, что после Большого взрыва пространство было неоднородным, и области с большей плотностью привлекли больше материи за счет гравитации — именно там постепенно выросли более крупные структуры.
Но если принять, что обнаруженные «Уэббом» неожиданно массивные объекты действительно существовали в ранней Вселенной, то таких областей должно было быть намного больше, а плотность их должна была быть выше.
И тогда для космологии нужна совершенно другая математическая модель.
А были ли галактики?..
Ученые из Техасского университета в Остине и Университета Джонса Хопкинса (также США) проверили гипотетическу модель, которая предполагала бы, что областей притяжения было больше и они были плотнее, и в которую вписывались бы сверхмассивные галактики.
Они выбрали диапазон космического времени, в котором объекты могут наблюдать как «Уэбб», так и «Хаббл». В его рамках они определили самые массивные галактики, обнаруженные с помощью нового телескопа.
Затем ученые вычислили величину изменения ранней плотности Вселенной, которая потребовалась бы для их формирования. Эти расчеты легли в основу моделирования: сколько более мелких галактик, различимых для «Хаббла», должно было бы возникнуть в результате этого гипотетического изменения. И стало понятно, что гипотеза несостоятельна — ведь тогда число галактик на снимках было бы совсем иным.
«Учитывая, насколько должны были бы отличаться снимки, мы не можем изменить существующую космологическую модель настолько, чтобы вписать в нее это изобилие [сверхмассивных галактик]», — подчеркивает Муньос.
Но ведь галактики есть на снимках «Уэбба»! Или нет? Исследователи предполагают компромиссный вариант: галактики действительно существуют, но не настолько огромные или не настолько ранние, как показалось.
«Одно из возможных объяснений: они содержат сверхмассивные черные дыры. Эти черные дыры нагревают близлежащий газ, в результате чего галактики кажутся ярче и, следовательно, массивнее, чем они есть на самом деле. Или, возможно, эти галактики относятся не к ранней Вселенной — просто из-за количества космической пыли их цвет кажется более красным, а из-за этого расстояние до них оценивается дальше, чем на самом деле», — поясняется в сообщении.
Исследования космоса: загадочный гравитационный фон и история ранней Вселенной
Галактика, которой не должно было существовать — новая находка «Джеймса Уэбба»
«Джеймс Уэбб» обнаружил старейшую из когда-либо наблюдавшихся черных дыр
