Астрономы выдвинули различные гипотезы, чтобы понять, почему космический телескоп «Джеймс Уэбб» фиксирует огромное количество ярких галактик в период, когда возраст Вселенной составлял менее полумиллиарда лет. Среди возможных причин называют интенсивное звездообразование и наличие невидимых черных дыр. Однако недавнее исследование указывает на то, что значительное влияние могла оказать аномальная пыль, образовавшаяся в результате взрывов первых сверхновых.
Начиная с момента запуска телескопа «Уэбб», астрономы постоянно фиксируют объекты, которые выглядят необычайно яркими и обладают большой массой для ранней Вселенной: множество галактик, сформировавшихся примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва, демонстрируют неожиданно интенсивное ультрафиолетовое (УФ) излучение).
Данное наблюдение не согласуется с существующими представлениями об эволюции Вселенной, что побудило ученых к поиску альтернативных интерпретаций. Среди них — гипотезы об интенсивном формировании звезд, особенном химическом составе звездных объектов и даже участии невидимых черных дыр. В качестве одного из наиболее вероятных объяснений рассматривается предположение о том, что в ранних галактиках было меньше пыли, способной поглощать ультрафиолетовое излучение.
Ученые, проводившие новое исследование, выдвинули альтернативную гипотезу: пыль существовала, но обладала иными характеристиками, нежели межзвездная пыль, распространенная в современных галактиках. В ранней Вселенной главным источником пыли служили взрывы сверхновых звезд – при гибели массивных звезд в космос выбрасываются облака вещества, из которых и формируются пылевые частицы. Тем не менее, ударные волны, возникающие внутри остатков сверхновых, разрушают мельчайшие пылевые зерна, оставляя в основном крупные частицы. Подобная пыль менее эффективно поглощает ультрафиолетовое излучение, что делает галактики визуально более яркими.
Для проверки выдвинутой гипотезы ученые создали физическую модель, которая учитывала состав пыли, ее распределение в галактиках и взаимодействие света с неоднородной межзвездной средой. В отличие от предыдущих моделей, в которых предполагалось, что пыль выбрасывается из галактик посредством сильных потоков газа, новая модель продемонстрировала, что галактики могли сохранять значительные запасы газа и пыли, при этом позволяя большому количеству ультрафиолетового излучения проходить сквозь них.
Значительный интерес представляют GELDA-галактики — объекты, характеризующиеся крайне низким поглощением света пылью. Согласно данным, полученным с помощью телескопа «Уэбб», такие системы были особенно распространены в первые сотни миллионов лет после образования Вселенной. При этом некоторые из них содержат значительные запасы газа, что противоречит концепции их полного избавления от пыли. Новая модель предполагает, что пыль действительно присутствует, однако ее оптические характеристики существенно отличаются от общепринятых.
Согласно проведенным расчетам, применение характеристик пыли сверхновых (с меньшим поглощением ультрафиолетового излучения) позволяет теоретическим моделям демонстрировать хорошее соответствие фактическим данным наблюдений. Для этого не требуется постулировать чрезвычайно высокую скорость звездообразования, так как пыль проявляет себя как менее действенный барьер.
Следовательно, на заре существования Вселенной мог иметь место своеобразный сдвиг: первоначально галактики формировались из пыли, образованной главным образом в ходе взрывов сверхновых, а затем, по мере накопления тяжелых элементов в межзвездной среде, начал функционировать иной процесс – рост пылинок непосредственно в межзвездном газе. Этот процесс, как полагают исследователи, способен объяснить повышенное количество ярких галактик в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Если результаты, представленные авторами научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, верны, наше представление о первых галактиках во Вселенной изменится. Более того, часть обнаруженной пыли могла остаться от самых первых звезд в космосе (Population III) — гипотетических светил первого поколения, существование которых до сих пор напрямую не подтверждено.