Учёные решили загадку ранних галактик, которые показались им слишком массивными для стандартной модели космологии. Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показало, что чёрные дыры в некоторых из этих галактик заставляют их казаться намного ярче и больше, чем они есть на самом деле.
Когда астрономы впервые увидели галактики в ранней Вселенной с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), они ожидали найти карликовые галактики, но вместо этого обнаружили, что некоторые галактики настолько массивные и быстрые, что моделирование не могло их объяснить.
Некоторые исследователи предположили, что это может означать, что что-то не так с теорией, объясняющей, из чего состоит Вселенная и как она развивалась после Большого взрыва, известной как стандартная модель космологии.
Однако исследование, проведённое аспиранткой Техасского университета в Остине Кэтрин Чворовски, показало, что некоторые из этих ранних галактик на самом деле гораздо менее массивны, чем изначально казались. Чёрные дыры в некоторых из этих галактик заставляют их казаться намного ярче и больше, чем они есть на самом деле.
Исследование CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) под руководством Стивена Финкельштейна, профессора астрономии Техасского университета и соавтора исследования, показало, что галактики, которые кажутся слишком массивными, вероятно, содержат чёрные дыры, быстро поглощающие газ. Трение в быстро движущемся газе излучает тепло и свет, делая эти галактики намного ярче, чем если бы этот свет исходил только от звёзд.
Когда учёные исключили из анализа эти галактики, получившие название «маленькие красные точки» (из-за их красного цвета и небольшого размера), оставшиеся ранние галактики оказались не слишком массивными, чтобы вписаться в предсказания стандартной модели.
«Суть в том, что никакого кризиса с точки зрения стандартной модели космологии нет. Всякий раз, когда есть теория, которая так долго выдерживала испытание временем, нужны неопровержимые доказательства, чтобы действительно отвергнуть её. А это просто не тот случай», — сказал Финкельштейн.
Хотя учёные решили главную проблему, остаётся менее сложная: в данных наблюдений JWST о ранней Вселенной всё ещё примерно в два раза больше массивных галактик, чем ожидалось из стандартной модели. Одной из возможных причин может быть то, что звёзды формировались быстрее в ранней Вселенной, чем в современной Вселенной.
Звездообразование происходит, когда горячий газ охлаждается достаточно, чтобы поддаться гравитации и конденсироваться в одну или несколько звёзд. Но по мере сжатия газ нагревается, создавая внешнее давление. В нашей области Вселенной баланс этих противоположных сил имеет тенденцию делать процесс звездообразования очень медленным.
Но, возможно, согласно некоторым теориям, поскольку ранняя Вселенная была плотнее, чем сегодня, было труднее выдувать газ во время звездообразования, что позволяло процессу идти быстрее.
Параллельно астрономы анализировали спектры «маленьких красных точек», открытых JWST, причём исследователи из команды CEERS и других организаций обнаружили свидетельства наличия быстро движущегося водородного газа — признака аккреционных дисков чёрных дыр.
Это подтверждает идею о том, что по крайней мере часть света, исходящего от этих компактных красных объектов, исходит от газа, вращающегося вокруг чёрных дыр, а не звёзд, что подтверждает вывод команды Чворовски о том, что звёзды, вероятно, не такие массивные, как изначально считали астрономы.
Хотя исследователи показали, что стандартная модель космологии, вероятно, не «сломана», их работа указывает на необходимость новых идей в формировании звёзд.
«И поэтому всё ещё есть это чувство интриги. Не всё полностью понято. Вот что делает занятия такого рода наукой интересными, иначе это была бы ужасно скучная область, если бы одна статья всё выяснила, или не было бы больше вопросов, на которые нужно было бы отвечать», — сказала Чворовски.