Чорні дірки додали раннім галактикам масивності та яскравості

Коли телескоп Джеймс Вебб заглянув у глибоке минуле Всесвіту, майже відразу після Великого вибуху, він виявив там безліч масивних галактик. Це було несподівано і не вкладалося у стандартну космологічну модель. Дехто вирішив, що її час виправляти. Проте великий міжнародний колектив вчених, які проаналізували дані огляду CEERS, запропонував пояснення невідповідності теорії та спостережень.

Масивні галактики, розташовані на великому червоному зміщенні, є особливо цікавим випадком. Вони дозволяють зрозуміти, як за короткий за мірками космосу час утворилася велика кількість зірок і які процеси цим керували. Астрономи доклали чимало зусиль, щоб вивчити процес нарощування зоряної маси галактик.

Точні оцінки зіркових мас галактик на червоному зсуві до п’яти отримані за даними телескопів «Хаббл» та «Спітцер». «Джеймс Вебб» дозволив заглибитися далі в минуле. Одне з дивовижних відкриттів — безліч яскравих в ультрафіолетовому діапазоні галактик на червоному зміщенні вісім і більше. Це може говорити про інший механізм зіркоутворення та взаємодії зірок із середовищем у ранньому Всесвіті.

Ці прямі спостереження не вкладалися у моделі. Щоб зрозуміти, чому так, астрономи проаналізували спектри дуже масивних галактик на червоному зміщенні від чотирьох до восьми за даними огляду CEERS (Достроковий випуск наукового дослідження космічної еволюції). Результати опубліковано у виданні The Astrophysical Journal.

Згідно з останніми дослідженнями, ранні галактики, які здаються більш масивними, містять у собі чорну дірку. Вона швидко поглинає навколишній газ, і тертя в цих газових потоках породжує додаткове теплове та світлове випромінювання, крім того, що походить від зірок. В результаті спостерігачеві здається, що в галактиках набагато більше зірок, а отже, вони масивніші. За характерні колір та розмір їх називають маленькими червоними крапками. Якщо виключити їх з аналізу, ранні галактики, що залишилися, будуть вже не такими масивними, що вкладається в передбачення Стандартної моделі. Тож говорити про її помилковість передчасно, вважають автори роботи.

«По суті ми не бачимо кризи Стандартної космологічної моделі. Якщо у вас є теорія, випробувана часом, потрібні справді вагомі підстави, щоб її спростувати. У будь-якому випадку це не так просто», — зазначив в інтерв’ю прес-службі Стівен Фінкельштейн, професор астрономії в Техаському університеті в Остіні (США), керівник огляду CEERS, реалізований за програмою телескопа Джеймс Вебб.

Але все ж таки проблема не вирішена остаточно. За словами провідного автора статті Катерини Шворовські, вчені налічують вдвічі більше далеких галактик, ніж це випливає з теорії. Одне з можливих пояснень — зіркоутворення у ранньому Всесвіті йшло набагато швидше, ніж зараз.

Зірки утворюються з досить остиглого газу, який стискується під дією гравітації. У міру стиснення він знову нагрівається, утворюючи зовнішній тиск. У нашому регіоні космосу ці різноспрямовані сили уповільнюють зіркоутворення. А ось у ранньому Всесвіті, більш щільному, ніж зараз, навпаки, згідно з деякими теоріями, видування газу йшло важче, що прискорювало процес.

У той же час вчені вивчили спектри маленьких червоних точок за даними огляду CEERS та інших спостережень водневого газу, що швидко рухається, що служить ознакою акреційного диска чорної діри. Вони підтвердили припущення про те, що випромінювання від цих компактних червоних джерел походить від газу, що вирує навколо чорних дірок, а не зірок.

Виходить, зірки не такі потужні, як думали спочатку. Для підтвердження цих побудов потрібні нові спостереження, але вже зрозуміло, що процес зореутворення потребує нових ідей. Отже, на думку Шворовського, інтрига зберігається.