Астрономы исследовали три необычных, очень ярких объекта, существовавших в эпоху, наступившую вскоре после Большого взрыва, примерно через 600-800 миллионов лет. Первоначально ученые предполагали, что интенсивное излучение этих объектов вызвано пылевыми облаками, однако дальнейшие исследования показали, что это галактики, содержащие большое количество старых звезд.
Вблизи центра наиболее крупных галактик нынешней Вселенной находятся звезды, возраст которых составляет примерно 13 миллиардов лет. Эти небесные тела характеризуются повышенным содержанием элементов, которые, как правило образуются в очень массивных звездах и вылетают вовне в результате коллапса ядра и возникновения сверхновой. Получается, эти объекты должны были сформироваться в ходе вспышки звездообразования, когда Вселенной было меньше 1,2 миллиарда лет.
Астрономам уже удалось обнаружить вероятных предшественников современных массивных галактик, существовавших на этапе, когда с момента Большого взрыва прошло 3,3 миллиарда лет. Благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» были выявлены и несколько потенциальных кандидатов, относящихся к периоду, когда с момента зарождения Вселенной прошло всего 1,2 миллиарда лет. Вероятно, что как минимум некоторые из этих звездных скоплений сформировались еще в более ранние эпохи.
В наблюдениях «Джеймса Уэбба» астрономы выявили несколько компактных, массивных и очень «красных» по излучению галактик из первого миллиарда лет после Большого взрыва. Проблема возникла в интерпретации их красного излучения. Его причиной может быть как популяция довольно старых звезд, которую так ищут ученые, так и межзвездная пыль, активное галактическое ядро или другие эффекты.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters, в ходе анализа излучения, исходившего от трех подобных «красных точек», была предпринята попытка понять все вероятные сценарии и модели, объясняющие природу этого свечения.
В качестве объектов исследования были выбраны RUBIES-EGS-49140, 55604 и 966323, идентифицированные в ходе спектроскопического обзора RUBIES. Эти объекты наблюдаются в том виде, в котором они существовали на протяжении 600-800 миллионов лет после Большого взрыва (с красным смещением от 6,7 до 8,4).
Проанализировав интенсивность излучения на различных длинах волн, исследователи сделали вывод о том, что, скорее всего, речь идет о скоплениях звезд, которые, несмотря на молодость Вселенной, уже достаточно «старые». Возраст этих звезд оценивается в несколько сотен миллионов лет.
«К нашему удивлению, в очень молодой Вселенной были обнаружены старые звезды. Несмотря на то, что стандартные модели космологии и формирования галактик демонстрируют высокую эффективность, эти яркие объекты сложно объяснить с помощью существующих теорий», — объяснила Новым исследованием руководил Бинцзе Ван, сотрудник Университета штата Пенсильвания, расположенного в США.
Возможно адаптировать данные объекты к существующим космологическим моделям, выдвинув гипотезу о крайне быстром и результативном образовании звездных скоплений в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва. Общая масса звезд в этих скоплениях должна была составлять десятки миллионов солнечных масс.
Кроме того, в ядрах некоторых исследованных объектов ученые выявили признаки существования массивных черных дыр, масса которых в сотни, а по некоторым оценкам, даже в тысячу раз превышает массу обычных черных дыр, расположенных в центрах галактик сопоставимой массы в нынешней Вселенной. Эти черные дыры вызывают затруднения: они способны объяснить часть наблюдаемого излучения этих объектов. Тем не менее, авторы уверены в своей гипотезе, что главную роль в этом сыграли старые звезды.
В конечном итоге, исследователей удивились размеры этих структур — всего несколько сотен световых лет в диаметре. Оказывается, в них содержится приблизительно столько же звезд, сколько и в нашей Галактике, но они сконцентрированы в объеме, который в тысячу раз меньше словам соавтора исследования Джоэля Леджа (Joel Leja), доцента кафедры астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания (США), если нашу Галактику сжать до таких размеров, то ближайшая к Солнцу звезда была бы почти внутри нашей Солнечной системы. А сверхмассивная черная дыра в центре галактики была бы всего в 26 световых годах от нас. Мы бы видели ее окрестности в виде яркой колонны света на небе.
В этих галактиках звезды, вероятно, возникали в совершенно иных условиях, чем те, что существуют во Вселенной сегодня. Последующие миллиарды лет после Большого взрыва их появление прекратилось. Причины этого явления пока остаются неизвестными. Исследователи намерены и дальше получать и изучать данные, предоставленные телескопом «Джеймс Уэбб», чтобы понять, как формировались звезды, скопления, галактики и сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной.