Многонациональная группа астрономов проанализировала изображения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и обнаружила, что массивные галактики присутствовали в ранней Вселенной в большем количестве, чем предполагалось. Их результаты пополняют растущий массив доказательств неожиданно обильных ранних галактик большой массы , что заставило астрономов пересмотреть модели формирования и эволюции галактик.
По мере того, как свет движется по расширяющейся Вселенной, его длины волн смещаются к красному концу спектра, что известно как красное смещение. В результате далекие галактики, которые изначально излучали ультрафиолетовый и видимый свет, видны нам в инфракрасном диапазоне. Благодаря острому инфракрасному зрению JWST, больше, чем когда-либо, стало видно.
Новое исследование в Astronomical Journal опирается на два набора наблюдений JWST, сделанных в 2022 году как в ближнем, так и в среднем инфракрасном диапазоне. Исследователи обнаружили 261 массивную галактику в этих наблюдениях и рассмотрели, как их число меняется в течение космического времени.
Команда приложила все усилия, чтобы рассмотреть только те галактики, чьи центральные сверхмассивные черные дыры не питаются. Свет от газа, текущего к этим черным дырам, может пересилить свет от звезд, заставляя галактики казаться более массивными, чем они есть на самом деле. Свет от галактик со спокойными черными дырами, напротив, исходит почти полностью от звезд.
Исследователи сгруппировали галактики по их расстоянию и обнаружили, что количество массивных галактик увеличивается с космическим временем, в соответствии с тем, что предсказывают модели формирования галактик. Это потому, что галактикам нужно время, чтобы стать массивными, будь то путем слияния с другими галактиками или формирования собственных звезд. Но на достаточно больших расстояниях — то есть, когда Вселенной было менее 1,5 миллиарда лет — наблюдается избыток массивных галактик по сравнению с ожидаемым количеством.
То, что модели не работают в ранней Вселенной, «может быть, не так уж и удивительно», замечает Клаудия Лагос (Университет Западной Австралии), которая не принимала участия в исследовании. В конце концов, указывает она, эти модели были разработаны для воспроизведения наблюдений локальной, современной Вселенной, а не давно ушедшей, чей смещенный в красную область свет улавливает JWST.
Неясно, почему именно результаты расходятся с моделями. Команда, стоящая за исследованием, предлагает два возможных объяснения. Первое заключается в том, что на раннем этапе газ мог охлаждаться и конденсироваться в звезды более эффективно, чем сегодня. Современное звездообразование — это небрежный, расточительный процесс, в котором только часть доступной массы преобразуется в звезды. Однако так могло быть не всегда.
Как поясняет Джерард Марк Войт (Университет штата Мичиган), также не принимавший участия в исследовании: «В современных галактиках звездообразование самоограничивается из-за всей высвобождаемой им энергии, но, возможно, эти ограничения не вступают в силу, пока возраст Вселенной не превысит миллиард лет». Рациональное преобразование на раннем этапе позволило бы некоторым галактикам раздуться до гигантских размеров, несмотря на то, что общие космические условия в то время были совершенно другими.
Второе, альтернативное объяснение заключается в том, что отношение массы к светимости далеких галактик, которые наблюдает JWST, ниже, чем в локальной вселенной. Астрономы используют это отношение для расчета распределения звездной массы галактики, а из этого — множества других свойств. Поэтому знание правильного отношения является ключевым. Однако это отношение в конечном счете является оценкой, основанной на теориях звездообразования, которые, как известно, меняются со временем. Возможно, его придется обновить в ответ на эти новые открытия.
Данные телескопа Уэбба по-прежнему выявляют более массивные галактики в ранней Вселенной, чем ожидают астрономы.
Галактики в ранней ВселеннойГалактики заполняют это изображение, которое является небольшой частью поля, наблюдаемого в ходе обзора раннего выпуска научных данных об эволюции космоса (CEERS) телескопа Уэбба.
Многонациональная группа астрономов проанализировала изображения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и обнаружила, что массивные галактики присутствовали в ранней Вселенной в большем количестве, чем предполагалось. Их результаты пополняют растущий массив доказательств неожиданно обильных ранних галактик большой массы , что заставило астрономов пересмотреть модели формирования и эволюции галактик.
По мере того, как свет движется по расширяющейся Вселенной, его длины волн смещаются к красному концу спектра, что известно как красное смещение . В результате далекие галактики, которые изначально излучали ультрафиолетовый и видимый свет, видны нам в инфракрасном диапазоне. Благодаря острому инфракрасному зрению JWST, больше, чем когда-либо, стало видно.
Новое исследование в Astronomical Journal опирается на два набора наблюдений JWST, сделанных в 2022 году как в ближнем, так и в среднем инфракрасном диапазоне. Исследователи обнаружили 261 массивную галактику в этих наблюдениях и рассмотрели, как их число меняется в течение космического времени.
Команда приложила все усилия, чтобы рассмотреть только те галактики, чьи центральные сверхмассивные черные дыры не питаются. Свет от газа, текущего к этим черным дырам, может пересилить свет от звезд, заставляя галактики казаться более массивными, чем они есть на самом деле. Свет от галактик со спокойными черными дырами, напротив, исходит почти полностью от звезд.
Исследователи сгруппировали галактики по их расстоянию и обнаружили, что количество массивных галактик увеличивается с космическим временем, в соответствии с тем, что предсказывают модели формирования галактик. Это потому, что галактикам нужно время, чтобы стать массивными, будь то путем слияния с другими галактиками или формирования собственных звезд.
Но на достаточно больших расстояниях — то есть, когда Вселенной было менее 1,5 миллиарда лет — наблюдается избыток массивных галактик по сравнению с ожидаемым количеством.
То, что модели не работают в ранней Вселенной, «может быть, не так уж и удивительно», замечает Клаудия Лагос (Университет Западной Австралии), которая не принимала участия в исследовании. В конце концов, указывает она, эти модели были разработаны для воспроизведения наблюдений локальной, современной Вселенной, а не давно ушедшей, чей смещенный в красную область свет улавливает JWST.
Неясно, почему именно результаты расходятся с моделями. Команда, стоящая за исследованием, предлагает два возможных объяснения. Первое заключается в том, что на раннем этапе газ мог охлаждаться и конденсироваться в звезды более эффективно, чем сегодня. Современное звездообразование — это небрежный, расточительный процесс, в котором только часть доступной массы преобразуется в звезды. Однако так могло быть не всегда.
Это один из видов звездообразования в близлежащей Вселенной, полученных JWST: «Столпы Творения» показывают звездную колыбель во всей ее беспорядочной красе. Как поясняет Джерард Марк Войт (Университет штата Мичиган), также не принимавший участия в исследовании: «В современных галактиках звездообразование самоограничивается из-за всей высвобождаемой им энергии, но, возможно, эти ограничения не вступают в силу, пока возраст Вселенной не превысит миллиард лет». Рациональное преобразование на раннем этапе позволило бы некоторым галактикам раздуться до гигантских размеров, несмотря на то, что общие космические условия в то время были совершенно другими.
Второе, альтернативное объяснение заключается в том, что отношение массы к светимости далеких галактик, которые наблюдает JWST, ниже, чем в локальной вселенной. Астрономы используют это отношение для расчета распределения звездной массы галактики, а из этого — множества других свойств. Поэтому знание правильного отношения является ключевым. Однако это отношение в конечном счете является оценкой, основанной на теориях звездообразования, которые, как известно, меняются со временем. Возможно, его придется обновить в ответ на эти новые открытия.
Лагос считает предложения команды «весьма разумными», но предупреждает, что их выводы зависят от точных оценок масс галактик. Если бы они были переоценены, это «полностью смыло бы напряжение с моделями».
Чтобы установить, выдерживает ли какая-либо из этих интерпретаций критику, необходимы дальнейшие измерения. Авторы исследования указывают на наблюдения за скоплениями галактик как на один из способов улучшения нашего понимания эффективности звездообразования.
Очевидно, что JWST, парящий в космосе со своим золотым зеркалом, словно гигантский космический подсолнух, продолжает раздвигать границы и держать астрономов в напряжении. «Мы находимся в новой эре, когда все эти изысканные наблюдения заставляют нас очень серьезно задуматься о том, что мы делаем, и что мы на самом деле понимаем о галактиках и формировании структур», — с энтузиазмом говорит Лагос, «что очень волнительно!»
Источник: skyandtelescope.org
Источник
