Десять лет назад преобладал взгляд, согласно которому Вселенная на 300 миллионов лет после Большого взрыва оставалась темной и не содержала галактик. Однако в 2024 году в созвездии Печь было сделано открытие галактики, возраст которой даже меньше 300 миллионов лет. Чтобы согласовать это открытие с существующими моделями эволюции галактик, некоторые исследователи выдвинули гипотезу о том, что источником ее свечения является сверхмассивная черная дыра, а не звезды. Тем не менее, последние исследования показали, что ситуация представляется иной, и наши знания об истории Вселенной, прямо скажем, неполны.
Непосредственно после Большого взрыва Вселенная представляла собой ионизированную газовую среду. Примерно через 370 тысяч лет она охладилась, водород перешел в нейтральное состояние, и через сотни миллионов лет из него сформировались звезды и галактики. Именно такую картину представляли себе ученые-астрономы еще десятилетие или два назад.
В последние годы ученые все чаще находят галактики, расположенные на огромных расстояниях и сформировавшиеся в ранней Вселенной. В 2024 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» выявил галактику JADES-GS-ZZ14-0. Теперь исследователи провели ее спектроскопический анализ и подтвердили предварительные оценки: галактика имеет красное смещение, соответствующее возрасту в 290 миллионов лет. Это самая древняя из галактик, известных на сегодняшний день, и при этом удивительно крупная. Кроме того, согласно новой научной публикации, опубликованной в журнале Nature, ее светимость имеет неожиданный источник.
Текущие модели эволюции галактик не объясняют возможность существования галактик, сформировавшихся в первые сотни миллионов лет развития Вселенной, с высокой общей звездной светимостью. Это связано с недостаточным временем, прошедшим после темной эпохи – необходимое количество светил попросту не могло успеть возникнуть. В связи с обнаружением объектов, подобных JADES-GS-ZZ14-0, некоторые исследователи выдвинули гипотезу о том, что их светимость обусловлена излучением горячего газа, аккрецирующего на сверхмассивную черную дыру, расположенную в центре таких галактик.
Подобные объяснения также вызывают вопросы: каким образом сверхмассивные черные дыры смогли приобрести свою массу всего за 290 миллионов лет? Некоторые ученые предположили, что эти гигантские черные дыры могли возникнуть из так называемых «первичных» черных дыр, сформировавшихся в результате квантовых флуктуаций вскоре после Большого взрыва. Однако другие исследователи справедливо отмечают наличие серьезных недостатков в подобных гипотезах.
В любом случае, попытка объяснить повышенную светимость ранних галактик активностью, происходящей вблизи черных дыр, ослабляла существующие трудности. Однако, ни одна из общепринятых космологических моделей не может в настоящее время объяснить формирование звезд, произошедшее 290 миллионов лет назад.
Новое исследование, связанное с JADES-GS-ZZ14-0, не согласуется с теорией о том, что черные дыры являются причиной свечения самой древней галактики. Полученные данные продемонстрировали, что уменьшение интенсивности излучения от JADES-GS-ZZ14-0 при увеличении длины волны происходит довольно быстро. Это возможно лишь в случае, если основным источником света является обычные звезды, как в нашей Галактике. Окрестности сверхмассивных черных дыр характеризуются иным распределением спектров излучения.
Такому выводу соответствуют значительные размеры галактики: ее видимый диаметр достигает 1700 световых лет. Окружающие области не способны освещать столь протяженный участок пространства. Исследователи, представившие новую работу, утверждают, что JADES-GS-ZZ14-0 демонстрирует: массивные галактики существовали уже через 300 миллионов лет после Большого взрыва. И их звезды начали активно формироваться примерно за 100 миллионов лет до этого. При этом общее количество подобных галактик в ранней Вселенной оказывается как минимум в 10 раз больше, чем предполагалось ранее, до начала работы орбитального телескопа «Джеймс Уэбб».
Ранее Naked Science сообщал о космологической модели, способной объяснить наличие в ранней Вселенной обилия галактик, слишком древних, ярких и массивных. Это теория, разработанная физиком Николаем Горькавым, утверждающая, что Вселенная имеет циклический характер. В каждом новом цикле происходит перенос большой популяции черных дыр звездных масс, объединенных в плотные шаровые скопления. Благодаря их гравитации, газ в ранней Вселенной мог быстро концентрироваться в дисках галактик, что способствовало ускоренному формированию первых звезд.