Телескоп «Джеймс Уэбб», изучая ранние этапы развития Вселенной, вскоре после Большого взрыва, выявил значительное количество массивных галактик. Этот факт оказался неожиданным и противоречил Стандартной космологической модели. В связи с этим возникли предположения о необходимости внесения изменений в существующую теорию. Однако международная группа ученых, исследовавшая данные обзора CEERS, представила альтернативное объяснение расхождению между теоретическими предсказаниями и полученными наблюдениями.
Галактики с высоким красным смещением представляют собой уникальный объект для изучения. Они дают возможность понять, как за относительно короткий период времени сформировалось значительное количество звёзд и какие механизмы этому способствовали. Для исследования процесса увеличения звёздной массы галактик астрономы провели значительную работу.
Оценки масс звезд в галактиках с красным смещением до пяти были получены на основе данных, собранных телескопами «Хаббл» и «Спитцер». Телескоп «Джеймс Уэбб» предоставил возможность изучить более ранние эпохи. Одно из удивительных открытий — большое количество галактик, излучающих в ультрафиолетовом спектре, имеют красное смещение, равное восьми или превышающее его. Это может указывать на альтернативный механизм формирования звёзд и их взаимодействия с окружающей средой в эпоху ранней Вселенной.
Полученные данные не соответствовали существующим моделям. Чтобы выяснить причину этого несоответствия, ученые-астрономы изучили спектры очень массивных галактик, находящихся на расстоянии, соответствующем красному смещению от четырех до восьми, используя данные обзора CEERS («Досрочный выпуск научного исследования космической эволюции»). Результаты опубликованы в издании The Astrophysical Journal.
Новейшие исследования показывают, что ранние галактики, воспринимающиеся как более крупные, включают в себя черную дыру. Она активно поглощает прилегающий газ, и возникающее трение в этих газовых потоках генерирует дополнительное тепловое и световое излучение, помимо излучения от звезд. Это создает у наблюдателя впечатление, будто в галактиках значительно больше звезд, следовательно, они обладают большей массой. Благодаря своему красному цвету и небольшим размерам их называют маленькими красными точками. Если исключить их из анализа, оставшиеся ранние галактики окажутся не столь массивными, что соответствует прогнозам Стандартной модели. Поэтому, по мнению авторов исследования, преждевременно говорить о ее несостоятельности.
«Фактически, мы не наблюдаем кризиса в рамках Стандартной космологической модели. Когда речь идет о теории, прошедшей проверку временем, для ее опровержения требуются весьма убедительные доказательства. И в данном случае их нет», — заявил в интервью пресс-службе Стивен Финкельштейн, профессор астрономии из Техасского университета в Остине (США), руководитель проекта CEERS, осуществляемого с использованием данных телескопа «Джеймс Уэбб».
Несмотря на это, вопрос остается открытым. Как отмечает ведущий автор публикации Катерина Шворовски, исследования показывают наличие в два раза больше удаленных галактик, чем предсказывает существующая теория. Возможной причиной является то, что формирование звезд в ранней Вселенной происходило значительно интенсивнее, чем в настоящее время.
Звезды формируются из газа, который остыл и сжимается под воздействием гравитации. При сжатии газ повторно нагревается, что приводит к возникновению внешнего давления. В данной области космоса эти противоположные силы препятствуют звездообразованию. Однако, в ранней Вселенной, которая была более плотной, чем сейчас, по некоторым теориям, рассеивание газа происходило с большим трудом, что способствовало ускорению процесса.
Параллельно исследователи проанализировали спектры небольших красных точек, используя данные обзора CEERS и другие наблюдения, касающиеся быстродвижущегося водорода. Это вещество является индикатором аккреционного диска черной дыры. Полученные данные подтвердили гипотезу о том, что излучение от этих компактных красных источников связано с газом, находящимся в активном состоянии вокруг черных дыр, а не с звездами.
Оказывается, масса галактик меньше, чем предполагалось ранее. Для подтверждения этих гипотез требуются дополнительные наблюдения, однако уже сейчас очевидно, что представления о формировании звёзд нуждаются в пересмотре. Таким образом, по словам Шворовски, загадка остаётся неразгаданной.