Астрономи встановили джерело яскравості найдавнішої галактики

Ще 10 років тому вважалося, що через 300 мільйонів років після Великого вибуху Всесвіт був темний і галактик у ньому не було. Але у 2024 році у сузір’ї Піч відкрили галактику навіть молодше 300 мільйонів років. У спробі врятувати сучасні моделі еволюції галактик, деякі вчені припустили, що джерело її світності — надмасивна чорна діра, а не зірки. Однак тепер дослідники показали: все інакше, а наші уявлення про історію Всесвіту, м’яко кажучи, неповні.

Відразу після Великого вибуху Всесвіт складався з іонізованого газу. Через 370 тисяч років він охолонув, водень став нейтральним, а через сотні мільйонів років із нього утворилися зірки та галактики. Принаймні так це представляли астрономи ще 10-20 років тому.

В останні роки дослідники виявляли все більш далекі та давні галактики. У 2024 році космічний телескоп Джеймс Вебб відкрив галактику JADES-GS-ZZ14-0. Тепер вчені провели її спектроскопічний аналіз та підтвердили перші оцінки: галактика має червоне зміщення, що відповідає віку 290 мільйонів років. Це найдавніша з відомих сьогодні галактик, причому несподівано велика. Крім того, як зазначили автори нової наукової роботи, опублікованої в журналі Nature , її світність має несподіване джерело.

Існуючі моделі еволюції галактик не дозволяють галактикам з перших сотень мільйонів років історії Всесвіту мати велику сумарну світність зірок. Причина в тому, що від темних століть минуло дуже мало часу — необхідна кількість світил просто не мала встигнути утворитися. Тому після виявлення об’єктів типу JADES-GS-ZZ14-0 частина вчених припустили, що її світність — це випромінювання від гарячого газу, що падає на надмасивну чорну дірку в центрі подібних галактик.

Це пояснення також породжує питання: як могли надмасивні чорні дірки набрати свою масу за 290 мільйонів років? Частина теоретиків висловили версію, що надмасивні чорні діри могли утворитися з якихось «первинних» чорних дірок, створених квантовими флуктуаціями невдовзі після Великого вибуху. Інші теоретики справедливо вказують на багато слабких місць у таких припущеннях.

У будь-якому разі «перекладання відповідальності» за велику світність ранніх галактик на околиці чорних дірок знімало гостроту проблеми. Якщо для ЧД можна вигадати хоч якісь пояснення надраннього зростання, то масове утворення зірок 290 мільйонів років тому поки що не може пояснити жодна загальноприйнята космологічна модель.

Нова робота з JADES-GS-ZZ14-0, однак, несумісна з версією про чорну дірку як про причину світності найдавнішої галактики. Вона показала, що падіння сили випромінювання від JADES-GS-ZZ14-0 із зростанням довжин хвиль відбувається досить різко. Так можливо тільки якщо джерело світності об’єкта — в основному звичайні зірки, як у нашій Галактиці. Яскраво випромінюючі околиці надмасивних чорних дірок мають зовсім інший розподіл спектрів випромінювання.

На те вказують великі розміри галактики: її видимий диск — 1700 світлових років у діаметрі. Околиці ЧД що неспроможні підсвічувати настільки великий регіон. Автори нового дослідження дійшли висновку, що JADES-GS-ZZ14-0 наочно показує: яскраві масивні галактики були вже за 300 мільйонів років після Великого вибуху. А їхні зірки почали масово формуватись ще за 100 мільйонів років до того. І загальна кількість таких галактик у ранньому Всесвіті як мінімум у 10 разів перевищує оцінки, що існували до запуску орбітальної обсерваторії «Джеймс Вебб».