Древние галактики JWST оказались в четыре раза массивнее, чем считалось
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) продолжает удивлять астрономов. С момента запуска он находит галактики, которые существовали уже через 500–600 миллионов лет после Большого взрыва. Согласно современным теориям, они не должны были быть такими большими и массивными. Однако наблюдения показывали обратное [1].
Новое исследование добавляет ещё больше загадок. Оказалось, что эти древние галактики ещё массивнее, чем предполагалось ранее. Причина — скрытые звёзды, которые не видны в обычных наблюдениях. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy [2].
Как астрономы «взвешивают» галактики
Астрономы не могут пересчитать каждую звезду в далёкой галактике. Вместо этого они измеряют массу галактики с помощью начальной функции масс (IMF). Это статистическая модель, которая описывает распределение звёзд по массам в момент их рождения. Она показывает, сколько массивных и сколько маломассивных звёзд должно быть в галактике [3].
Долгое время учёные предполагали, что эта функция одинакова во всей Вселенной, как в Млечном Пути. Однако это предположение может быть ошибочным [4].
Проблема «небоскрёбов и маленьких домов»
Когда астрономы наблюдают далёкую галактику, они видят не отдельные звёзды, а их общий свет. Этот свет складывается в спектр. В нём доминируют яркие массивные звёзды. Тусклые маломассивные звёзды теряются в их сиянии.
Ведущий автор исследования Хлоя Ченг из Лейденского университета приводит образное сравнение: «Если бы галактика была городом, самые яркие звёзды были бы небоскрёбами. Они сразу бросаются в глаза издалека. Наши модели показывают, что за этими редкими небоскрёбами скрывается гораздо более многочисленное население маломассивных звёзд — как маленькие дома между небоскрёбами» [1].
Исследователи изучили девять массивных галактик. Для этого они объединили сверхглубокие спектры JWST с данными Очень большого телескопа (VLT) [2]. Это позволило впервые надёжно определить пропорции маломассивных и ярких звёзд на столь огромном расстоянии.
Соавтор исследования Мартье Слоб поясняет: «Раньше такие измерения были просто невозможны. Нам нужен был не только телескоп, способный видеть очень далёкие галактики, но и спектры исключительного качества, и новые методы анализа» [2].
«Тяжёлый низ» и четырёхкратное увеличение массы
Оказалось, что в массивных древних галактиках доля маломассивных звёзд значительно выше, чем в Млечном Пути. Учёные называют это «тяжёлым низом» начальной функции масс (bottom-heavy IMF) [3].
Для одной из изученных галактик, сформировавшейся менее чем через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, эффект оказался ошеломляющим. Её реальная масса может быть в четыре раза больше, чем предполагали учёные. Самая старая из девяти галактик, сформировавшаяся, когда Вселенной было менее 1,2 миллиарда лет, содержит наибольшее количество маломассивных звёзд [5].
«Это означает, что гораздо больше массы, чем мы думали, скрыто в маломассивных звёздах», — говорит Мариска Крик, руководитель исследования [2].
Что это меняет в нашем понимании Вселенной
Открытие заставляет пересмотреть модели формирования галактик. Они не объясняют, как в столь раннюю эпоху могло родиться такое огромное количество звёздной материи [6].
Кроме того, у находки есть неожиданное следствие. Вокруг маломассивных звёзд часто вращаются экзопланеты. Следовательно, в ранней Вселенной могло сформироваться гораздо больше планет, чем считалось до сих пор [2].
Список источников
- Universe Today. Whoa! The JWST’s Ancient Galaxies Are Much More Massive Than Thought (Автор: Evan Gough)
- Universiteit Leiden. ‘Hidden’ stars make first galaxies much more massive than previously thought
- arXiv. Bottom-heavy initial mass functions reveal hidden mass in early galaxies
- Astronomie.nl. ‘Hidden stars’ suggest that distant galaxies are much more massive than they appear
- Science News Today. Hidden low-mass stars could make some early galaxies four times more massive
- NewsBytes. James Webb Space Telescope finds hidden stars in ancient galaxies
