Черные дыры добавили ранним галактикам массивности и яркости

Массивные галактики, расположенные на большом красном смещении, представляют собой особенно интересный случай. Они позволяют понять, как за короткое, по меркам космоса, время образовалось большое количество звезд и какие процессы этим управляли. Астрономы приложили немало усилий, чтобы изучить процесс наращивания звездной массы галактик.

Точные оценки звездных масс галактик на красном смещении до пяти получены по данным телескопов «Хаббл» и «Спитцер». «Джеймс Уэбб» позволил углубиться дальше в прошлое. Одно из удивительных открытий — множество ярких в ультрафиолетовом диапазоне галактик на красном смещении восемь и больше. Это может говорить об ином механизме звездообразования и взаимодействии звезд со средой в ранней Вселенной.

Эти прямые наблюдения не укладывались в модели. Чтобы понять, почему так, астрономы проанализировали спектры очень массивных галактик на красном смещении от четырех до восьми по данным обзора CEERS («Досрочный выпуск научного исследования космической эволюции»). Результаты опубликованы в издании The Astrophysical Journal.

Согласно последним исследованиям, ранние галактики, которые кажутся более массивными, содержат в себе черную дыру. Она быстро поглощает окружающий газ, и трение в этих газовых потоках порождает дополнительное тепловое и световое излучение, помимо того, что исходит от звезд. В результате наблюдателю кажется, что в галактиках гораздо больше звезд, а значит, они более массивные. За характерные цвет и размер их называют маленькими красными точками. Если исключить их из анализа, оставшиеся ранние галактики будут уже не такими массивными, что укладывается в предсказания Стандартной модели. Так что говорить о ее ошибочности преждевременно, полагают авторы работы.

«По сути, мы не видим кризиса Стандартной космологической модели. Если у вас есть теория, испытанная временем, нужны действительно веские основания, чтобы ее опровергнуть. В любом случае это не так просто», — отметил в интервью пресс-службе Стивен Финкельштейн, профессор астрономии в Техасском университете в Остине (США), руководитель обзора CEERS, реализованного по программе телескопа «Джеймс Уэбб».

Но все же проблема не решена окончательно. По словам ведущего автора статьи Катерины Шворовски, ученые насчитывают в два раза больше далеких галактик, чем это следует из теории. Одно из возможных объяснений — звездообразование в ранней Вселенной шло гораздо быстрее, чем сейчас.

Звезды образуются из достаточно остывшего газа, который сжимается под действием гравитации. По мере сжатия он снова нагревается, создавая внешнее давление. В нашем регионе космоса эти разнонаправленные силы замедляют звездообразование. А вот в ранней Вселенной, более плотной, чем сейчас, наоборот, согласно некоторым теориям, выдувание газа шло тяжелее, что ускоряло процесс.

В то же время ученые изучили спектры маленьких красных точек по данным обзора CEERS и других наблюдений быстродвижущегося водородного газа, что служит признаком аккреционного диска черной дыры. Они подтвердили предположение о том, что излучение от этих компактных красных источников исходит от газа, бурлящего вокруг черных дыр, а не звезд.

Получается, звезды не такие массивные, как думали изначально. Для подтверждения этих построений нужны новые наблюдения, но уже понятно, что процесс звездообразования нуждается в новых идеях. Следовательно, по мнению Шворовски, интрига сохраняется.