Еще 10 лет назад считалось, что спустя 300 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была темна и галактик в ней не было. Но в 2024 году в созвездии Печь открыли галактику даже моложе 300 миллионов лет. В попытке спасти современные модели эволюции галактик некоторые ученые предположили, что источник ее светимости — сверхмассивная черная дыра, а не звезды. Однако теперь исследователи показали: все обстоит иначе, а наши представления об истории Вселенной, мягко говоря, неполны.
Сразу после Большого взрыва Вселенная состояла из ионизированного газа. Через 370 тысяч лет он остыл, водород стал нейтральным, а спустя сотни миллионов лет из него образовались звезды и галактики. По крайней мере, так это представляли астрономы еще 10-20 лет назад.
В последние годы исследователи обнаруживали все более далекие и древние галактики. В 2024 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» открыл галактику JADES-GS-ZZ14-0. Теперь ученые провели ее спектроскопический анализ и подтвердили первые оценки: галактика имеет красное смещение, соответствующее возрасту в 290 миллионов лет. Это древнейшая из известных на сегодня галактик, причем неожиданно большая. Кроме того, как отметили авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Nature, ее светимость имеет неожиданный источник.
Существующие модели эволюции галактик не позволяют галактикам из первых сотен миллионов лет истории Вселенной иметь большую суммарную светимость звезд. Причина в том, что от темных веков прошло слишком мало времени — необходимое количество светил просто не должно было успеть образоваться. Поэтому после обнаружения объектов типа JADES-GS-ZZ14-0 часть ученых предположили, что ее светимость — это излучение от горячего газа, падающего на сверхмассивную черную дыру в центре подобных галактик.
Это объяснение тоже порождает вопросы: как могли сверхмассивные черные дыры набрать свою массу за 290 миллионов лет? Часть теоретиков высказали версию, что сверхмассивные черные дыры могли образоваться из неких «первичных» черных дыр, созданных квантовыми флуктуациями вскоре после Большого взрыва. Другие теоретики справедливо указывают на многие слабые места в таких предположениях.
В любом случае «перекладывание ответственности» за большую светимость ранних галактик на окрестности черных дыр снимало остроту проблемы. Если для ЧД можно придумать хоть какие-то объяснения сверхраннего роста, то массовое образование звезд 290 миллионов лет назад пока не может объяснить ни одна общепринятая космологическая модель.
Новая работа по JADES-GS-ZZ14-0, однако, несовместима с версией о черной дыре как о причине светимости самой древней галактики. Она показала, что падение силы излучения от JADES-GS-ZZ14-0 с ростом длин волн происходит достаточно резко. Так может быть, только если источник светимости объекта — в основном обычные звезды, как в нашей Галактике. Ярко излучающие окрестности сверхмассивных черных дыр имеют совсем другое распределение спектров излучения.
На то же указывают большие размеры галактики: ее видимый диск — 1700 световых лет в диаметре. Окрестности ЧД не могут подсвечивать столь обширный регион. Авторы нового исследования пришли к выводу, что JADES-GS-ZZ14-0 наглядно показывает: яркие массивные галактики были уже через 300 миллионов лет после Большого взрыва. А их звезды начали массово формироваться еще за 100 миллионов лет до того. И общее число таких галактик в ранней Вселенной как минимум в 10 раз превышает оценки, существовавшие до запуска орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб».
Ранее Naked Science отмечал, что существует космологическая модель, позволяющая объяснить изобилие слишком древних, ярких и массивных галактик уже в самой ранней Вселенной. Это теория физика Николая Горькавого, по которой Вселенная циклична. Из прошлых циклов в новые переходит большая популяция черных дыр звездных масс, собранных в плотные шаровые скопления. Их гравитация позволяла даже ранней Вселенной быстро концентрировать газ в дисках галактик, ускоряя образование первых звезд.