Снимки телескопа Джеймса Уэбба бросают вызов теориям эволюции Вселенной

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, Майк Бойлан-Колчин, профессор астрономии Техасского университета в Остине, обнаружил, что шесть из самых ранних и самых массивных галактик-кандидатов, наблюдаемых JWST до сих пор, противоречат преобладающим взглядам в космологии.

Это связано с тем, что, по оценкам других исследователей, каждая галактика видна через 500-700 миллионов лет после Большого взрыва, но ее размеры более чем в 10 миллиардов раз массивнее нашего Солнца. Одна из галактик даже кажется более массивной, чем Млечный Путь, несмотря на то, что у нашей галактики были еще миллиарды лет, чтобы сформироваться и расти.

«Если массы правы, то мы находимся на неизведанной территории», — сказал Бойлан-Колчин. «Нам потребуется что-то совершенно новое о формировании галактик или модификация космологии. Одна из самых крайних возможностей заключается в том, что вскоре после Большого взрыва Вселенная расширялась быстрее, чем мы предсказываем, что может потребовать новых сил и частиц».

Чтобы галактики такого размера формировались так быстро, они также должны были бы преобразовывать почти 100% доступного газа в звезды.

«Обычно мы видим, что максимум 10% газа превращается в звезды», — сказал Бойлан-Колчин. «Поэтому, хотя 100-процентное преобразование газа в звезды технически находится на грани того, что теоретически возможно, на самом деле это требует чего-то, что сильно отличается от привычного».

Несмотря на то волнение, которое вызывает JWST, перед астрономами стоит тревожная дилемма. Если массы и время, прошедшее после Большого взрыва, подтвердятся для этих галактик, могут потребоваться фундаментальные изменения в господствующей модели космологии — так называемой парадигме темной энергии + холодной темной материи (АCDM), которая направляет космологию с конца 1990-х годов.

Если бы существовали другие, более быстрые способы формирования галактик, чем позволяет АCDM, или если бы на самом деле было доступно больше материи для формирования звезд и галактик в ранней Вселенной, чем считалось ранее, астрономам пришлось бы изменить свое мышление.

Время и массы шести галактик являются первоначальными оценками и потребуют последующего подтверждения с помощью спектроскопии — метода, который разделяет свет на спектр и анализирует яркость различных цветов. Такой анализ может предположить, что центральные сверхмассивные черные дыры, которые могут нагревать окружающий газ, могут делать галактики ярче, из-за чего они кажутся более массивными, чем есть на самом деле.

Или, возможно, галактики на самом деле видны намного позже, чем первоначально предполагалось, из-за пыли, из-за которой цвет света от галактики становится более красным, создавая иллюзию того, что они находятся на большем расстоянии световых лет и, таким образом, еще дальше во времени.

Данные о галактике были получены из Научного исследования раннего выпуска космической эволюции (CEERS), многопрофильной инициативы JWST, возглавляемой астрономом UT Austin Стивеном Финкельштейном.

Другой текущий совместный проект JWST, COSMOS-Web, совместно возглавляемый Кейтлин Кейси из UT Austin, может быть связан со спектроскопией и пролить больше света на результаты, чтобы помочь решить дилемму. COSMOS-Web покрывает площадь примерно в 50 раз больше, чем CEERS, и, как ожидается, обнаружит тысячи галактик.

«Это будет идеально для обнаружения самых редких и массивных галактик в ранние времена, что расскажет нам, как самые большие галактики и черные дыры в ранней Вселенной возникли так быстро», — сказал Бойлан-Колчин.