Відтоді, як космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) отримав перший знімок раннього Всесвіту, астрономи здивовані наявністю того, що має вигляд більш «надмасивних» галактики, ніж очікувалося. Зважаючи на загальноприйняту космологічну модель, вони б мали еволюціонувати до такого стану набагато пізніше в історії Всесвіту. Це спонукало до тверджень про потребу зміни моделі.
«Розвиток об’єктів у Всесвіті є ієрархічним. Ви починаєте з малого, а потім стаєте все більшими», — сказав Джуліан Муньос (Julian Muñoz), доцент кафедри астрономії Техаського університету в Остіні та співавтор нещодавньої статті, опублікованої в Physical Review Letters. У ній викладено результати перевірки зміни космологічної моделі. Дослідники зробили висновок, що переглядати стандартну космологічну модель немає потреби. Однак астрономам, можливо, доведеться переглянути уявлення про те, як утворювалися та еволюціонували перші галактики.
Космологія вивчає походження, еволюцію та структуру Всесвіту від Великого Вибуху до наших днів. Найбільш широко прийнята космологічна модель має назву «Модель лямбда холодної темної матерії» (Lambda Cold Dark Matter, ΛCDM) або «стандартна космологічна модель». Хоча модель дуже інформативна, багато чого про ранній Всесвіт в ній досі є на рівні теоретичних уявлень, бо астрономи не мають змоги спостерігати його повністю.
Запущений у 1990 році Космічний телескоп імені Габбла (Hubble Space Telescope) відіграв головну роль у розробці та вдосконаленні стандартної космологічної моделі. Він спостерігає Всесвіт в ультрафіолетовому, видимому та ближній ділянці інфрачервоного діапазону. Це дає змогу краще бачити деякі речі, ніж інші. Наприклад, «Габбл» добре оснащений для спостережень за меншими галактиками, які часто містять велику популяцію молодих зір, що випромінюють ультрафіолет, і менше пилу, який переважно поглинає видиме світло.
JWST, запущений наприкінці 2021 року, є важливим доповненням до можливостей Hubble. Спостерігаючи в ближньому та середньому інфрачервоному діапазоні, JWST може виявляти об’єкти, невидимі для «Габбла».
«Ми відчиняємо вікно в невідоме», — сказав Муньос. «Тепер ми можемо перевірити наші теорії про Всесвіт там, де не могли раніше».
Інфрачервоне зображення Всесвіту, зроблене космічним телескопом Джеймса Вебба. Авторські права на зображення: NASA, ESA, CSA та STScI. Фото з сайту https://phys.org.
Невдовзі після Великого Вибуху Всесвіт не був абсолютно однорідним. Крихітні коливання щільності мали величезний вплив на його майбутню структуру та еволюцію. Області з більшою щільністю притягували більше матерії через силу тяжіння, що зрештою приводило до формування все більших і більших структур.
Надмасивні галактики, які спостерігає JWST, теоретично можуть стати такими великими так швидко, лише якщо відразу після Великого Вибуху виникне багато таких областей з більшою щільністю. Це вимагало б зміни стандартної космологічної моделі.
Муньос і його група перевірили цю гіпотезу.
Вони вибрали відтинок космічного часу, для якого є дані спостережень «Вебба» і «Габбла». У межах цього відтинку вони визначили наймасивніші галактики, виявлені в даних від JWST, і розрахували величину зміни густини речовини в ранньому Всесвіті, яка потрібна для їх формування.
Вони також обчислили, скільки менших галактик утвориться внаслідок такої гіпотетичної зміни. Ці додаткові менші галактики міг би спостерігати «Габбл». «Але це не те, що ми бачимо», — пояснив Муньос. «Ви не можете змінити космологію настільки, щоб пояснити проблему надлишку, й за умови, що це також вплине на спостереження “Габбла”».
То чому ж космічний телескоп Джеймса Вебба знаходить так багато надмасивних галактик? Одним із можливих пояснень є те, що вони містять надмасивні чорні діри. Ці чорні діри нагріватимуть навколишній газ, а тому галактики матимуть яскравіший вигляд і, отже, здаватимуться масивнішими, ніж вони є насправді. Або галактики можуть взагалі не міститися в ранньому Всесвіті, але вони мають такий вигляд, як він є, бо пил змінює їхній колір на червоніший, ніж він є насправді. Ця зміна кольору могла б «розміщувати» галактики на більші відстані від справжніх.
Окрім Муньоса, авторами дослідження є Нешван Сабті (Nashwan Sabti) та Марк Каміонковскі (Marc Kamionkowski) з Університету Джона Гопкінса.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
