"Невозможная" галактика, обнаруженная Джеймсом Уэббом, озадачила ученых
23.02.2024 г.
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) исследователи обнаружили ZF-UDS-7329 - спокойную галактику, настолько массивную и древнюю, что само ее существование теоретически невозможно. По оценкам, ее возраст составляет 11,5 миллиарда лет, и она содержит большую популяцию гораздо более старых звезд (которые, как считается, образовались на 1,5 миллиарда лет раньше) - в период, когда теоретически не было достаточно темной материи, чтобы позволить им сформироваться
Галактика ZF-UDS-7329 (указана стрелкой), снятая JWST NIRCAM.
Формирование галактик является фундаментальной парадигмой Стандартной модели космологии. Согласно этой модели, первые галактики образовались благодаря гравитационному притяжению, вызванному скоплением темной материи в ранней Вселенной. Среди прочего, темная материя собиралась в гало, вокруг которых конденсировалась обычная материя, образуя первые "семена" галактик (протогалактики).
Примерно через 1-2 миллиарда лет после Большого взрыва эти зачатки превратились бы в карликовые галактики, которые, в свою очередь, объединились бы в массивные галактики, такие как наша собственная. Другими словами, галактики в начале Вселенной обычно не должны быть более массивными, чем те, что родились гораздо позже.
Однако недавно телескоп "Джеймс Уэбб" обнаружил чрезвычайно массивные галактики, находящиеся в состоянии покоя (то есть не образующие звезд), которые родились между 1 и 2 миллиардами лет после Большого взрыва. Это ставит под сомнение стандартные теоретические модели образования этих структур, поскольку они должны были сформироваться на 300-500 миллионов лет раньше, чем предполагалось.
"Присутствие этих чрезвычайно массивных галактик так рано во Вселенной ставит под сомнение нашу стандартную модель космологии", - объясняет Клаудия Лагос, профессор астрономии из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) при Университете Западной Австралии, в пресс-релизе Технологического университета Суинберна (Австралия). "Формирование галактик во многом диктуется тем, как концентрируется темная материя", - добавила она. Однако массивные ореолы темной материи, необходимые для концентрации стандартной материи, из которой образовались первые галактики, не успели бы сформироваться так рано во Вселенной.
В своем новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, Лагос и ее коллеги представляют примитивную галактику, более массивную, чем Млечный Путь, что в очередной раз бросает вызов теоретическим ограничениям Стандартной модели. Названная ZF-UDS-7329 (или JWST-7329), она содержит в 4 раза больше звезд, чем наша галактика, хотя образовалась всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва - противоречие, которое ставит ученых в тупик.
Теоретические пределы Стандартной модели подвергаются испытанию
Для обнаружения ZF-UDS-7329 ученые в новом исследовании первоначально использовали телескоп Кек (на Гавайях) и Очень большой телескоп (в Чили) - два самых мощных телескопа на Земле. Когда в 2010 году началась их работа, полученные разрешения были недостаточны для оценки возраста галактики. "Она была слишком красносмещенной и слишком слабой, и мы не могли ее измерить. В итоге нам пришлось покинуть Землю и использовать JWST, чтобы подтвердить, что это такое", - объясняет ведущий автор исследования Карл Глазебрук из Технологического университета Суинберна.
Анализ спектра галактики ZF-UDS-7329 с помощью JWST
Проанализировав спектрометрические данные с "Джеймса Уэбба", исследователи обнаружили, что возраст ZF-UDS-7329 составляет 11,5 миллиарда лет, а популяция звезд, родившихся на 1,5 миллиарда лет раньше (на красном смещении 11) - около 13 миллиардов лет назад, была гораздо старше. Это означает, что данная галактика сформировалась без достаточного количества материи, что теоретически невозможно, согласно стандартной космологической модели. Кроме того, количество звезд говорит о том, что внезапный взрыв рождений был, но резко прекратился вскоре после формирования галактики.
"Это раздвигает границы нашего нынешнего понимания того, как формируются и эволюционируют галактики", - говорит в пресс-релизе Темия Нанаяккара из Технологического университета Суинберна, также один из соавторов исследования. Следующим шагом будет выяснение того, как формируются эти загадочные галактики и почему они внезапно переходят в состояние покоя, в то время как другие галактики во Вселенной продолжают образовывать звезды.
"Это наблюдение может указывать на наличие необнаруженных популяций ранних галактик и на возможность существования значительных пробелов в нашем понимании ранних звездных популяций, формирования галактик и/или природы темной материи", - заключают эксперты в своей работе.
via