Первые наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» выявили удивительно яркие и, следовательно, слишком массивные галактики в ранней Вселенной, что вызвало сомнения в справедливости стандартной космологической модели.
Теперь новое исследование, проведенное под руководством ученых из Техасского университета в Остине на основе данных, полученных в ходе научного исследования ранней космической эволюции (CEERS), пролило свет на эту загадку.
Команда обнаружила, что некоторые кажущиеся слишком массивными галактики на самом деле гораздо менее массивны, поскольку их высокая светимость обусловлена в основном аккреционными дисками вокруг сверхмассивных черных дыр. Эти объекты излучают много света, из-за чего галактика-хозяин кажется больше, а значит, и массивнее, чем она есть на самом деле.
Изображения шести массивных галактик-кандидатов, датируемых 500-700 миллионами лет после Большого взрыва, обнаруженных в ходе первых наблюдений «Уэбба». Одна из них (внизу слева), по оценкам исследователей, содержит столько же звезд, сколько наш современный Млечный Путь, но при этом в 30 раз компактнее.
Галактики слишком яркие? Да, но не для звезд
Ученые проанализировали галактики CEERS со звездными массами более 10 миллиардов солнечных масс в диапазоне красных смещений z, или красных смещений излучения, от 4 до 8, что соответствует космической эпохе между 1,5 и 0,6 миллиардами лет после Большого взрыва. Используя сложные методы моделирования, команда оценила звездные массы, скорость звездообразования и возраст наблюдаемых галактик.
Спектроскопический анализ некоторых из этих объектов выявил наличие высокоскоростного движущегося газа, характерного для аккреционных дисков, то есть дисков из горячего вещества, вращающихся вокруг черных дыр. Это открытие позволяет предположить, что активные галактические ядра (AGN) были более распространены в ранней Вселенной, чем считалось ранее.
Следовательно, высокая светимость некоторых галактик, которые первоначально считались слишком массивными, объясняется не только звездами, но и наличием горячих аккреционных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр. Эти объекты, называемые маленькими красными точками из-за их компактного красноватого вида на снимках Уэбба, излучают большое количество света, из-за чего галактики, в которых они находятся, кажутся больше, чем они есть на самом деле.
Удалив эти объекты из выборки, исследователи получили более точную оценку популяции первобытных массивных галактик.
На графике показано распределение галактик по красным смещениям и звездной массе, при этом подчеркивается, что галактики с более высокими красными смещениями являются «чрезвычайно красными объектами» (ERO) и не позволяют надежно измерить массу. В интересующей нас области нет галактик с log(M*) > 11 или z > 8.
Однако остается одна проблема
Несмотря на поправку, внесенную идентификацией AGN, исследование показывает, что количество массивных галактик в ранней Вселенной остается примерно в два раза выше, чем предсказывает стандартная космологическая модель. Это превышение, хотя и менее значительное, чем предполагалось вначале, все же требует объяснения.
Одна из возможных интерпретаций, предложенная исследователями, заключается в том, что звездообразование в ранней Вселенной было более эффективным, чем сегодня. Молодая Вселенная была более плотной, и это могло затруднить выброс газа во время звездообразования, что позволило ускорить и повысить эффективность процесса звездообразования.
Другое объяснение может заключаться в том, что в массивных галактиках эффективность превращения обычной материи в звезды может меняться, что влияет на звездообразование и видимую массу галактик. Исследователи подсчитали, что для объяснения наблюдений эта эффективность должна увеличиться примерно с 14% на красном смещении 4-5 до 30% на красном смещении 7. Это говорит о том, что процессы обратной связи, управляющие звездообразованием, могли быть менее эффективными в ранней Вселенной.
С исследованием, опубликованным в журнале The Astronomical Journal, можно ознакомиться здесь.
