Новые наблюдения JWST открывают загадочные древние галактики
Понимание того, как формируются галактики и что такое природа темной материи, может быть полностью перевернуто после новых наблюдений галактики, большей, чем Млечный Путь, которой не должно было существовать согласно современным представлениям.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature, подробно описаны результаты, полученные с использованием данных космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST).
Результаты показывают, что массивная галактика ZF-UDS-7329 в ранней Вселенной, возрастом 11,5 миллиардов лет (красное смещение 3,2), имеет чрезвычайно старое население звезд, образовавшееся гораздо раньше — на 1,5 миллиарда лет (красное смещение около 11). Это наблюдение опровергает существующие модели, поскольку темной материи накопилось недостаточно в нужной концентрации, чтобы вызвать ее формирование.
Заслуженный профессор Технологического университета Суинберна Карл Глейзбрук возглавил исследование и международную команду, которая использовала JWST для спектроскопических наблюдений этой массивной галактики.
«Мы преследовали эту конкретную галактику в течение семи лет и часами наблюдали за ней с помощью двух крупнейших телескопов на Земле, чтобы выяснить, сколько ей лет. Но она была слишком красной и слишком тусклой, и мы не могли ее измерить. В итоге нам пришлось использовать JWST, чтобы узнать ее природу».
Формирование галактик является фундаментальной парадигмой, лежащей в основе современной астрофизики, и согласно ей в ранние космические времена массивных галактик практически не было. Но чрезвычайно массивные спокойные галактики наблюдаются уже через один-два миллиарда лет после Большого взрыва, что бросает вызов теоретическим моделям.
«Это была во многом коллективная работа: от инфракрасных исследований неба, которые мы начали в 2010 году и которые привели к тому, что мы определили эту галактику как необычную, до многих часов на телескопе Кека и Очень Большом Телескопе (VLA), где мы пытались, но не смогли это подтвердить, пока наконец, в прошлом году мы потратили огромные усилия на то, чтобы выяснить, как обрабатывать данные JWST и анализировать этот спектр» — говорят ученые.
Темия Нанаяккара, руководивший спектральным анализом данных JWST, говорит: «Сейчас мы выходим за рамки того, что было возможно, чтобы подтвердить наличие древнейших массивных спящих монстров, существующих глубоко во Вселенной. Это раздвигает границы нашего нынешнего понимания того, как галактики формируются и развиваются. Ключевой вопрос сейчас заключается в том, как они формируются так быстро на очень ранних этапах развития Вселенной и какие таинственные механизмы приводят к тому, что они внезапно прекращают образование звезд, когда это происходит в остальной Вселенной».
«Формирование галактик во многом определяется тем, как концентрируется темная материя», — говорят исследователи. «Наличие этих чрезвычайно массивных галактик на столь раннем этапе существования Вселенной создает серьезные проблемы для нашей стандартной модели космологии. Это потому, что мы не думаем, что такие массивные структуры темной материи, в которых находятся эти массивные галактики, успели сформироваться. Дополнительные наблюдения необходимы, чтобы понять, насколько распространены эти галактики, и помочь нам понять, насколько они действительно массивны».
Ученые надеются, что их выводы могут стать новым открытием для нашего понимания физики темной материи. «JWST находит все больше доказательств раннего формирования массивных галактик. Наш результат устанавливает новый рекорд для этого явления. Хотя он очень поразителен, это всего лишь один объект. Но мы надеемся найти больше, и если мы это сделаем, это действительно изменит наши представления о формировании галактик».