«Уэбб» находит галактики, слишком массивные для ранней Вселенной. Возможно, это мираж
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.
