У ранньому Всесвіті, задовго до того, як вони мали б встигнути вирости, астрономи знайшли те, що вони називають “червоними монстрами”: три великі галактики, майже такі ж великі, як Чумацький Шлях.
Це складне відкриття з кількох причин – і, серед іншого, через те, що воно суперечить нашому розумінню того, як формувалися галактики, коли час і простір були ще молодими новонародженими в порожнечі.
“Питання про ‘неможливо’ масивні галактики відразу після Великого вибуху турбувало астрономів ще з перших зображень, отриманих за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба”, – каже астроном Іво Лаббе з Університету Свіборн.
“Це схоже на те, якби ви знайшли дитину, що важить 100 кілограмів. JWST тепер довів, що монстри справді мандрують раннім Всесвітом.”
Завдяки ретельним спостереженням і аналізу ми маємо досить чітке уявлення про те, як відбуваються багато космічних процесів. Але один важливий період часу залишається для нас невідомим: це ранній Всесвіт, відомий як Космічний світанок, перші мільярди років після Великого вибуху.
Ми маємо деякі уявлення про те, як швидко Всесвіт збирався з первісної плазми, що заповнювала ранній космос, але спостережні докази було важче отримати. Завдяки появі JWST ми змогли зібрати ці докази. Оскільки віддалені куточки космосу віддаляються, світло від об’єктів у них розтягується до інфрачервоних довжин хвиль, якими потужний космічний телескоп оглядає Всесвіт, даючи нам найсильнішу перевірку Космічного світанку.
Згідно з нашими моделями, галактики збираються і ростуть певний час. Ми не зовсім точно знаємо подробиці, але найбільш популярна модель передбачає скупчення темної матерії, до яких підтягується баріонна (або звичайна) матерія за допомогою гравітації. Коли баріонної матерії накопичується більше, вона починає коалесцировать в зірки, обертаючись навколо величезної чорної діри в центрі галактики.
Хоча галактики з’являються досить швидко після Великого вибуху, темпи їх росту здавалися занадто повільними для того, щоб масивні галактики могли з’являтися в Космічний світанок. Тому, коли JWST спрямував свій золотий погляд на ранній Всесвіт і почав помічати ознаки більших, ніж очікувалося, галактик, астрономи та космологи були здивовані.
Одна з можливих пояснень, висунута на початку цього року, полягає в тому, що ці надзвичайно великі галактики не такі вже й великі, як здається; світло, що випромінюється матерією навколо їхніх центральних чорних дір, просто дуже яскраве, змушуючи галактики виглядати більшими, ніж вони є насправді. І нещодавнє відкриття показало, що чорні діри можуть на короткий час освітлювати свої галактики до дуже високої яскравості.
Можливо, це стосується деяких галактик. Але нові дослідження, проведені астрономом Менгюаном Сяо з Університету Женеви в Швейцарії, показують, що в деяких випадках, коли галактика виглядає масивною і має всі ознаки масивної галактики, вона дійсно є такою.
Спостереження проводилися в межах програми FRESCO JWST – міжнародної ініціативи для отримання точних вимірів відстані та маси галактик раннього Всесвіту. Більшість галактик, що вивчала команда, відповідають існуючим моделям еволюції галактик, але три галактики, які вони виявили, справді виділяються своєю аномальністю.
Кожна з цих “червоних монстрів” була майже такою ж великою, як Чумацький Шлях. Жодна з них не суперечить нинішнім космологічним моделям або провідній теорії темної матерії; але вони вказують на те, що ці галактики конвертують баріонну матерію в зірки з швидкістю в два-три рази вищою, ніж найефективніші галактики, що утворюються в пізніших етапах еволюції Всесвіту.
Але ці галактики ставлять під сумнів наше розуміння темпів утворення зірок. Якщо галактика дуже активна, вона повинна містити високий рівень зворотного зв’язку – сил, що відштовхують матеріал для формування зірок, обмежуючи швидкість їхнього утворення. Тому, як не дивно, здається, що є щось таке, що ми ще не знаємо.
“Поточні моделі не пояснюють, як можливе таке надзвичайно ефективне утворення зірок дуже рано в історії Всесвіту”, – каже Лаббе.
“Зазвичай вважається, що вибухаючі зірки та надмасивні чорні діри зупиняють формування зірок, витісняючи матеріал. Без сумніву, майбутні спостереження Webb нададуть нам підказки щодо того, чого ми не розуміємо.”
Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature.