Яркие галактики, обнаруженные космическим телескопом James Webb (JWST) в ранней Вселенной, могут быть результатом вспышек массового формирования звёзд. И вероятно, это делает галактики более яркими для конкретной эпохи их существования, чем ожидалось. К такому выводу пришли исследователи, которые создали компьютерные симуляции рождения этих галактик и начала образования звёзд.
Когда JWST начал наблюдения летом 2022 года, его наблюдения за Вселенной позволили быстро обнаружить галактики с высоким красным смещением. Это галактики, которые казалось, существовали во Вселенной раньше, чем когда-либо видели астрономы. Фактически галактики, которые были видны, когда Вселенной было менее 400 миллионов лет, оказались более яркими, чем предсказывает для данной эпохи стандартная модель космологии. Это привело к утверждениям о том, что стандартная модель, которая описывает «начало» маленькими галактиками и их иерархическое разрастание через слияние, должно быть, ошибочна.
«Открытие этих галактик было большим сюрпризом, потому что они оказались значительно ярче, чем ожидалось. Обычно галактика яркая потому что она большая, но поскольку эти галактики формировались в начале жизни Вселенной, на тот момент прошло недостаточно времени с Большого Взрыва. Как эти массивные галактики сформировались так быстро?» — размышляет Клод-Андре Фоше-Жигур, член команды под руководством Гуочао Суна из Калтеха, которая создавала симуляции формирования первых галактик.
Они обнаружили, что галактики, наблюдаемые JWST, не большие, а яркие, потому что были замечены в период активного формирования звёзд. Симуляции позволяют не только моделировать яркость галактик, но также и их плотность распределения, что полностью соответствует наблюдениям JWST.
Такие вспышки активности не являются необычными. Астрономы иногда видят, как они происходят в современных галактиках — когда происходит слияние галактик. Этот процесс может привести к перемешиванию газа таким образом, что гравитация захватывает его и заставляет фрагментироваться и коллапсировать, образуя множество звёзд сразу. В ранней Вселенной, где среда была довольно неустойчивой, первые галактики не могли накапливать всю свою звездообразующую материю равномерно.
Мы думаем, что происходит следующий процесс: возникают группы звёзд, а через несколько миллионов лет эти звёзды взрываются в виде сверхновой. Газ выбрасывается [из галактики], а затем притягивается обратно, чтобы образовать новые звёзды, поддерживая цикл формирования звёзд.
В ранней Вселенной галактики были гораздо меньше, чем сегодня, и росли, отчасти, путём аккумуляции облаков межгалактического газа, но также и путём слияния с другими галактиками. Чем больше они становились, тем больше в них была гравитация. И так они достигали точки, где могли накопить больше материала для формирования звёзд. Это стабилизировало скорость формирования звёзд, и сегодня галактики, такие как наш Млечный Путь, формируют звёзды в более спокойном темпе.