Всплеск звездообразования объясняет обилие ярких галактик в ранней Вселенной
Беспрецедентная мощность космического телескопа Джеймс Уэбб позволяет ему заглянуть в пространство и время дальше, чем когда-либо прежде, и при этом он открывает загадочные галактики, которые кажутся слишком развитыми для своего возраста.
Теперь астрономы предложили им новое объяснение – галактики со всплеском звездообразования, – которое не противоречит стандартной модели космологии.
Смотреть сквозь пространство — это значит смотреть сквозь время. Например, если астрономы смотрят на звезду, находящуюся на расстоянии 1000 световых лет, они видят ее такой, какой она была 1000 лет назад, потому что ее свету потребовалось столько времени, чтобы достичь нас.
Поэтому, если распространить это на самые окраины наблюдаемой Вселенной, действительно можно заглянуть в прошлое на более чем 12 миллиардов лет — период, называемый «космическим рассветом», когда загорелись первые звезды и сформировались первые галактики.
Джеймс Уэбб является телескопом, достаточно мощным, чтобы увидеть так далеко в пространстве и времени. Астрономы ожидали найти все еще формирующиеся «протогалактики», но, к их удивлению, телескоп обнаружил галактики, которые кажутся довольно развитыми и зрелыми, похожими на те, что существуют сегодня.
И это не одна-две аномалии, а десятки и сотни. Все это не просто странно, это потенциально подрывает все наше понимание того, как формируются галактики, и может даже поставить под сомнение саму стандартную модель космологии.
Поэтому для нового исследования группа астрофизиков под руководством ученых Northwestern University исследовала альтернативные идеи, используя мощное компьютерное моделирование. При этом они выявили одну возможность, которая дает сигнатуры, соответствующие наблюдениям Джеймса Уэбба.
Самый простой способ оценить массу и размер галактики, особенно с большого расстояния, — это ее яркость, и это было сделано с помощью ранних галактик, обнаруженных Уэббом. Но моделирование показало, что галактики на космическом рассвете могли достичь того же уровня яркости при гораздо меньшей массе – все, что им нужно было сделать, это пройти через период быстрого звездообразования.
«Главное — воспроизвести достаточное количество света в системе за короткий промежуток времени», — сказал Гочао Сунь, ведущий автор исследования.
«Это может произойти либо потому, что система действительно массивная, либо потому, что она способна быстро производить много света. В последнем случае система не обязательно должна быть очень массивной. Если звездообразование происходит вспышками, оно будет излучать вспышки света. Именно поэтому мы видим несколько очень ярких галактик».
Современные галактики, такие как Млечный Путь, имеют тенденцию демонстрировать устойчивое звездообразование с течением времени, но моделирование показывает, что ранние галактики с низкой массой с большей вероятностью проходили через фазы «звездообразования», за которыми следовали периоды относительного спокойствия, пока эти более старые звезды не умерли и не стали подпиткой для формирование следующего поколения звезд в другой период звездообразования.
«Большая часть света в галактике исходит от самых массивных звезд», — сказал Клод Фоше-Жигер, старший автор исследования. «Поскольку более массивные звезды горят с более высокой скоростью, их жизнь короче. Они быстро расходуют свое топливо в ядерных реакциях. Таким образом, яркость галактики более отчетливо связана с тем, сколько звезд она сформировала за последние несколько миллионов лет, чем с массой галактики в целом».
Конечно, то, что это возможно в симуляции, не означает, что так произошло в реальной Вселенной.
Последующие наблюдения Уэбба с использованием других методов измерения массы этих галактик могли бы помочь подтвердить гипотезу звездообразования и позволить стандартной модели космологии вздохнуть с облегчением.
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.