Журнал Кванта

20 января 2023 г.

Телескоп Уэбб обнаружил галактики на удивление далеко в космосе и глубоко в прошлом. Все эти четыре объекта, изучаемые командой JADES, видны такими, какими они появились менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Сэмюэл Веласко/Журнал Quanta; источник: НАСА

Соавтор

20 января 2023 г.

Предполагалось, что трещины в космологии появятся не сразу. Но когда прошлой весной космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открыл свою линзу, в поле зрения телескопа сразу же засияли чрезвычайно далекие, но очень яркие галактики. «Они были настолько невероятно яркими и просто выделялись», — сказал Рохан Найду, астроном из Массачусетского технологического института.

Видимое расстояние галактик от Земли позволяет предположить, что они сформировались гораздо раньше в истории Вселенной, чем кто-либо ожидал. (Чем дальше что-то находится, тем раньше вспыхнул его свет.) Сомнения кружились, но в декабре астрономы подтвердили, что некоторые галактики действительно настолько далеки и, следовательно, настолько первичны, насколько кажутся. Самая ранняя из этих подтвержденных галактик пролила свой свет через 330 миллионов лет после Большого взрыва, что сделало ее новым рекордсменом по самой ранней известной структуре во Вселенной. Эта галактика была довольно тусклой, но другие кандидаты, условно привязанные к тому же периоду времени, уже сияли ярко, а это означало, что они были потенциально огромными.

Как звезды могли загореться внутри перегретых газовых облаков вскоре после Большого взрыва? Как они могли поспешно вплетаться в такие огромные гравитационно-связанные структуры? Обнаружение таких больших, ярких ранних галактик похоже на поиск окаменевшего кролика в докембрийских слоях. «На раннем этапе не бывает больших дел. Чтобы добраться до больших вещей, нужно время», — сказал Майк Бойлан-Колчин, физик-теоретик из Техасского университета в Остине.

Астрономы начали задаваться вопросом, противоречит ли обилие ранних крупных объектов нынешнему пониманию космоса. Некоторые исследователи и средства массовой информации утверждали, что наблюдения телескопа нарушили стандартную модель космологии — хорошо проверенный набор уравнений, называемый лямбда-холодной темной материей, или моделью ΛCDM, — с волнением указывая на новые космические ингредиенты или управляющие законы. Однако с тех пор стало ясно, что модель ΛCDM устойчива. Вместо того, чтобы заставить исследователей переписать правила космологии, результаты JWST заставляют астрономов переосмыслить то, как создаются галактики, особенно в космическом начале. Телескоп еще не сломал космологию, но это не значит, что случай со слишком ранними галактиками окажется чем-то иным, кроме эпохального.

Чтобы понять, почему обнаружение очень ранних ярких галактик является удивительным, нужно понять, что космологи знают — или думают, что знают — о Вселенной.

После Большого взрыва зародившаяся Вселенная начала остывать. В течение нескольких миллионов лет бурлящая плазма, заполнявшая космос, успокоилась, а электроны, протоны и нейтроны объединились в атомы, в основном нейтральный водород. В течение периода неопределенной продолжительности, известного как космические темные века, все было тихо и темно. Потом что-то произошло.

Большая часть материала, разлетевшегося после Большого взрыва, состоит из того, чего мы не видим, и называемого темной материей. Оно оказало мощное влияние на космос, особенно поначалу. В стандартной картине холодная темная материя (термин, означающий невидимые, медленно движущиеся частицы) беспорядочно разбрасывалась по космосу. В некоторых районах его распространение было более плотным, и в этих регионах он начал распадаться на скопления. Видимая материя, то есть атомы, сгруппированные вокруг сгустков темной материи. Когда атомы тоже остыли, они в конечном итоге конденсировались, и родились первые звезды. Эти новые источники радиации перезарядили нейтральный водород, заполнявший Вселенную в так называемую эпоху реионизации. Под действием гравитации росли более крупные и сложные структуры, создавая обширную космическую паутину галактик.

Получите журнал Quanta Magazine на свой почтовый ящик