Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в отдалённой Вселенной бóльшее количество ярких галактик , чем ожидалось. Эта загадка привлекла внимание исследователей, которые предлагают использовать гамма-всплески в качестве «мощного зонда» для изучения избытка ярких галактик и звёзд в ранней Вселенной.
Недавно JWST наблюдал самую далёкую галактику из когда-либо наблюдавшихся, которая образовалась всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Сейчас она находится на дальнем краю наблюдаемой Вселенной, где объекты удаляются почти со скоростью света. Свет от этих объектов имеет значительное красное смещение, когда он достигает нас, из-за эффекта Доплера.
Отношение наблюдаемой длины волны к излучаемой длине волны называется z-фактором. Самая дальняя наблюдаемая галактика имела z-фактор 14,32. JWST также обнаружил больше ярких галактик на z 10 или больше, чем ожидалось из экстраполяции их числа на более низком z.
Для объяснения этого явления были выдвинуты различные объяснения, такие как активное звездообразование и начальная функция масс с перегрузкой сверху, которая производит больше ультрафиолетового излучения. Однако причина всё ещё остаётся неясной. Это важный вопрос, поскольку спектр ультрафиолетовой светимости содержит ключевую информацию об истории формирования этих галактик, их активности звездообразования и звёздном населении ранней Вселенной.
Тацуя Мацумото из Киотского университета в Японии исследовал потенциал гамма-всплесков с высоким z для объяснения происхождения избытка ярких звёзд и галактик. Он использовал данные, полученные зондом Einstein, космическим рентгеновским телескопом, запущенным Китаем в январе 2024 года. Зонд Einstein оснащён широким рентгеновским телескопом, который прекрасно подходит для наблюдения за гамма-всплесками с высоким z.
Мацумото сказал, что если одной из возможных причин избытка, наблюдаемого JWST, является то, что звёзды формируются более эффективно в этих галактиках, то гамма-всплески должны происходить чаще и могут быть обнаружены зондом «Эйнштейном». Он также обнаружил, что скорость формирования гамма-всплесков может иметь различное поведение при z=10 или выше, и обнаружение скорости этим зондом или будущими миссиями по исследованию гамма-всплесков прояснит причину избытка, обнаруженного JWST.
Гамма-всплески — это самые яркие и экстремальные события, наблюдаемые во Вселенной и длящиеся от десяти миллисекунд до нескольких часов. Их интенсивное излучение, как полагают, высвобождается, когда звезда становится сверхновой, а затем взрывается.
Типичный гамма-всплеск (GRB) выделит столько энергии всего за несколько секунд, сколько Солнце выделит за все десять миллиардов лет своей жизни. Если бы такой всплеск произошёл во Млечном Пути, и был бы направлен прямо на Землю, то он бы положил конец большей части жизни на планете.
Число гамма-всплесков в ранней Вселенной было плохо ограничено из-за ограничений ранее доступных детекторов. Чтобы преодолеть это, Мацумото и его команда разработали сложную аналитическую зависимость между дисперсией скоростей формирования гамма-всплесков при изменении красного смещения.
Они обнаружили, что распределение гамма-всплесков с красным смещением зависит от потенциальной причины избытка из данных JWST. Если избыток вызван повышением собственной скорости звездообразования, распределение красного смещения покажет избыток при z около 10 или больше. Если переход к функции масс с преобладанием массивных звёзд создает избыток, то распределение красного смещения также покажет избыток, но в другой степени.
Дополнительные данные должны прояснить причину избытка. Мацумото добавил, что будущие миссии, такие как HiZ-GUNDAM, будут обнаруживать гамма-всплески и углублять понимание ранней Вселенной.