Изображение глубокого поля космического телескопа «Джеймс Уэбб», на котором видны одни из самых ранних и самых далёких галактик, которые когда-либо наблюдались.
Вскоре после начала научной работы космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы объявили, что обнаружили в ранней Вселенной галактики, которые были слишком большими, яркими и полными звёзд для своего возраста. В то время как заголовки газет по всему миру утверждали, что эти галактики «ломают» наше понимание Большого взрыва, правда гораздо более тонкая — и гораздо более интересная.
Теория Большого взрыва — это наша общая картина истории Вселенной, начиная с её глубокого прошлого, когда космос был гораздо меньше, горячее и плотнее, чем сегодня. Эта модель, первоначально разработанная в начале XX века, выдержала огромный набор наблюдательных проверок и прекрасно объясняет целый ряд космологических наблюдений, включая красное смещение света от далёких галактик, появление остаточного излучения в виде космического микроволнового фона, обилие лёгких элементов, эволюцию галактик и более крупных структур.
Хотя теория Большого взрыва не может с уверенностью сказать, какие галактики появятся в том или ином месте, она может говорить о вероятностях. Например, космологи могут примерно сказать, сколько мелких, сколько средних и сколько крупных галактик должно появиться в данном объёме при определённом возрасте Вселенной. Но до появления «Уэбба» у нас не было прямого наблюдательного доступа к самым ранним стадиям галактической эволюции — то, для изучения чего телескоп был специально создан.
В 2022 году астрономы объявили, что обнаружили чрезвычайно удалённые галактики, которые удивительно и странно велики. Красное смещение галактик составило более 16, что означает, что они существовали всего 200-250 миллионов лет после Большого взрыва. При этом они были гигантскими и казались полностью сформированными, со спиральными рукавами и всем остальным.
Эти галактики выглядели далеко за пределами ожиданий теории Большого взрыва; они были похожи на подростков в классе детского сада. Так что же происходит?
Изменяя космологию
Сразу же появились дерзкие заголовки, провозглашающие смерть теории Большого взрыва. Но в этих статьях была упущена одна важная деталь: астрономы оценили красное смещение этих галактик с помощью техники, известной как фотометрия, подверженной значительным погрешностям. Для полной оценки того, ломают ли на самом деле эти галактики космологию, необходимо дождаться более точного измерения их красного смещения, а значит, и возраста.
Когда спустя несколько месяцев были проведены более точные измерения, эти галактики превратились из рекордсменов в… обычные галактики. Например, красное смещение одной галактики было изменено с более чем 16 до всего лишь 4,9, а её возраст увеличился с 240 миллионов лет после Большого взрыва до более чем миллиарда лет. Этого времени более чем достаточно для обычной теории Большого взрыва, чтобы объяснить их размеры и формы.
Но вместе с этими менее захватывающими изменениями появились и новые подтверждённые красные смещения других галактик, включая JADES-GS-z14-0, самую далёкую из известных галактик с красным смещением 14,32. Эта галактика была жива и здорова, когда космосу было всего 290 миллионов лет.
Астрономы вполне ожидали, что галактики будут существовать 290 миллионов лет после Большого взрыва, поэтому и построили «Уэбб». И если говорить о галактиках, то JADES-GS-z14-0, конечно, совсем маленькая — её размер составляет всего 1600 световых лет по сравнению со 100 000 световых лет Млечного Пути. Но, что интересно, галактика довольно яркая и полна звёзд — не настолько, чтобы окончательно сломать космологию, но достаточно, чтобы открыть некоторые вопросы о происхождении и развитии первых галактик, появившихся во Вселенной.
Создавая космологии
Вполне возможно, что теория Большого взрыва ошибочна; учёные должны сохранять дисциплину ума, чтобы признать такую возможность. Но, имея за спиной такое количество доказательств, теория Большого взрыва вряд ли будет опровергнута одним наблюдением. И стоит ещё раз подчеркнуть, что «Уэбб» делает именно то, для чего мы его проектировали и создавали: отвечает на некоторые главные вопросы о том, как появились первые звёзды и галактики.
Вполне возможно, что космологи смогут объяснить появление таких галактик, как JADES-GS-z14-0, в рамках теории Большого взрыва, не прибегая к каким-либо серьёзным изменениям. Например, большие чёрные дыры могли появиться раньше этих галактик, и их сверхмощное гравитационное притяжение могло вызвать яркие всплески звёздообразования. Или, возможно, обратная связь от сверхновых и другие механизмы привели к тому, что первые галактики были богаче звёздами, чем современные галактики, из-за чего те ранние галактики казались могущественными, несмотря на свой маленький размер.
А может быть, наши первоначальные наблюдения не учитывают эти небольшие, но яркие выбросы, и дальнейшие кампании позволят обнаружить более крупные популяции более обычных галактик, что снизит противоречия с моделями формирования галактик.
И наконец, возможно, нам нужно добавить какой-то новый ингредиент во Вселенную, например, допустить эволюцию тёмной энергии со временем, чтобы создать такие галактики в столь ранние времена.
Это достаточно интересно само по себе, без необходимости перевернуть представление о Большом взрыве, каким мы его знаем. Во Вселенной более чем достаточно загадок и потаённых уголков, чтобы астрономы не спали ночами, размышляя о возможностях, а утром вставали, чтобы продолжить работу над их решением.
Источник: habr.com
