|
Крошечные яркие объекты на заре Вселенной ставят в тупик
|
|
|
|
Недавнее открытие, сделанное космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, подтвердило, что светящиеся, очень красные объекты, ранее обнаруженные в ранней Вселенной, переворачивают традиционные представления о происхождении и эволюции галактик и их сверхмассивных черных дыр. Международная команда исследователей из университета Пенсильвании, используя прибор NIRSpec на борту JWST в рамках исследования RUBIES, обнаружила три загадочных объекта в ранней Вселенной, примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от ее нынешнего. Об открытии было объявлено сегодня, 27 июня, в журнале Astrophysical Journal Letters. Команда изучила спектральные измерения, или интенсивность света различных длин волн, излучаемого объектами. Их анализ выявил признаки "старых" звезд, возраст которых составляет сотни миллионов лет, что намного больше, чем ожидалось в молодой Вселенной.
|
|
|
|
Исследователи заявили, что они также были удивлены, обнаружив признаки наличия огромных сверхмассивных черных дыр в тех же объектах, подсчитав, что они в 100-1000 раз массивнее, чем сверхмассивная черная дыра в нашем собственном Млечном Пути. Ни того, ни другого не ожидается в современных моделях роста галактик и образования сверхмассивных черных дыр, которые предполагают, что галактики и их черные дыры будут расти вместе на протяжении миллиардов лет космической истории. "Мы подтвердили, что они, по—видимому, заполнены древними звездами возрастом в сотни миллионов лет — во Вселенной, возраст которой составляет всего 600-800 миллионов лет. Примечательно, что эти объекты являются рекордсменами по самым ранним признакам света старых звезд", - сказал Бинцзе Ванг, аспирант Пенсильванского университета и ведущий автор статьи. "Было совершенно неожиданно обнаружить старые звезды в очень молодой Вселенной. Стандартные модели космологии и формирования галактик оказались невероятно успешными, однако эти светящиеся объекты не совсем вписываются в эти теории".
|
|
|
Исследователи впервые заметили массивные объекты в июле 2022 года, когда был опубликован первоначальный набор данных от JWST. Несколько месяцев спустя команда опубликовала статью в Nature, в которой объявила о существовании объектов. В то время исследователи подозревали, что эти объекты были галактиками, но продолжили свой анализ, взяв спектры, чтобы лучше понять истинные расстояния до объектов, а также источники их огромного излучения. Затем исследователи использовали новые данные, чтобы составить более четкое представление о том, как выглядят галактики и что находится внутри них. Команда ученых не только подтвердила, что эти объекты действительно были галактиками в начале времен, но и обнаружила свидетельства удивительно больших сверхмассивных черных дыр и удивительно старой популяции звезд. "Это очень сбивает с толку", - сказал Джоэл Лейя, доцент кафедры астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете и соавтор обеих статей. "Вы можете с трудом вписать это в нашу текущую модель Вселенной, но только если мы вспомним о каком-то экзотическом, безумно быстром образовании в начале времен. Это, без сомнения, самый необычный и интересный набор объектов, который я видел за свою карьеру".
|
|
|
|
Телескоп JWST оснащен инфракрасными датчиками, способными обнаруживать свет, испускаемый самыми древними звездами и галактиками. По сути, телескоп позволяет ученым заглянуть в прошлое, примерно на 13,5 миллиардов лет назад, то есть почти к началу Вселенной, какой мы ее знаем, - сказал Лейя. Одна из трудностей при анализе древнего света заключается в том, что иногда бывает трудно различить типы объектов, которые могли бы излучать этот свет. В случае этих ранних объектов они обладают четкими характеристиками как сверхмассивных черных дыр, так и старых звезд. Однако, объяснил Ван, пока не ясно, сколько наблюдаемого света исходит от каждой из них — это означает, что это могут быть ранние галактики, которые неожиданно оказались старше и массивнее даже нашего Млечного Пути, сформировавшись намного раньше, чем предсказывают модели, или же это могут быть галактики с более нормальной массой и "сверхмассивными" галактиками. черные дыры, примерно в 100-1000 раз более массивные, чем могла бы быть такая галактика сегодня.
|
|
|
|
"Отличить свет от вещества, падающего в черную дыру, от света, излучаемого звездами в этих крошечных, удаленных объектах, непросто", - сказал Ван. "Неспособность определить разницу в текущем наборе данных оставляет достаточно возможностей для интерпретации этих интригующих объектов. Честно говоря, это захватывающе - так много тайн еще предстоит разгадать". Помимо их необъяснимой массы и возраста, если часть света действительно исходит от сверхмассивных черных дыр, то они также не являются обычными сверхмассивными черными дырами. Они производят гораздо больше ультрафиолетовых фотонов, чем ожидалось, и у подобных объектов, изучаемых с помощью других приборов, отсутствуют характерные признаки сверхмассивных черных дыр, такие как горячая пыль и яркое рентгеновское излучение. Но, возможно, самое удивительное, по словам исследователей, заключается в том, насколько массивными они кажутся. "Обычно сверхмассивные черные дыры находятся в паре с галактиками", - говорит Лейя. "Они растут вместе и вместе переживают все свои основные жизненные события. Но здесь мы имеем дело с полностью сформировавшейся взрослой черной дырой, живущей внутри того, что должно быть молодой галактикой. На самом деле это не имеет смысла, потому что эти вещи должны срастаться, или, по крайней мере, мы так думали".
|
|
|
|
Исследователи также были озадачены невероятно малыми размерами этих систем, всего несколько сотен световых лет в поперечнике, что примерно в 1000 раз меньше нашего собственного Млечного Пути. Звезд примерно столько же, сколько в нашей собственной галактике Млечный Путь — где—то от 10 миллиардов до 1 триллиона звезд, - но их объем в 1000 раз меньше, чем у Млечного Пути. Лейя объяснила, что если взять Млечный путь и сжать его до размеров обнаруженных ими галактик, то ближайшая звезда окажется почти в нашей солнечной системе. Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, находящаяся на расстоянии около 26 000 световых лет от нас, будет находиться всего в 26 световых годах от Земли и видна на небе в виде гигантского столба света. "Эти ранние галактики должны были быть настолько насыщены звездами — звездами, которые, должно быть, сформировались таким образом, которого мы никогда не видели, в условиях, которых мы никогда не ожидали, в течение периода, в котором мы никогда не ожидали их увидеть", - сказал Лейя. "И по какой-то причине Вселенная перестала создавать подобные объекты всего через пару миллиардов лет. Они уникальны для ранней Вселенной".
|
|
|
|
Исследователи надеются провести дополнительные наблюдения, которые, по их словам, могли бы помочь объяснить некоторые загадки этих объектов. Они планируют получить более глубокие спектры, направляя телескоп на объекты в течение длительных периодов времени, что поможет отделить излучение звезд от потенциальной сверхмассивной черной дыры, определив специфические признаки поглощения, которые могли бы присутствовать в каждом из них. "Есть еще один способ добиться прорыва, и это правильная идея", - сказала Лейя. "У нас есть все эти кусочки головоломки, и они подходят друг к другу, только если мы игнорируем тот факт, что некоторые из них ломаются. Эта проблема поддается гениальному решению, которое до сих пор ускользало от нас, всех наших сотрудников и всего научного сообщества".
|
|
|
|
Источник
|
