Необычную яркость первых галактик объяснили пылью сверхновых

С момента запуска «Уэбба» астрономы регулярно наблюдают объекты, которые кажутся слишком яркими и массивными для ранней Вселенной: многие галактики, существовавшие спустя примерно 500 миллионов лет после Большого взрыва, излучают неожиданно много ультрафиолета (УФ).

Это противоречит прежним моделям эволюции космоса, из-за чего ученые предлагали разные объяснения, включая чрезвычайно бурное звездообразование, необычный состав звезд и даже вклад скрытых черных дыр. Одна из самых простых идей вовсе заключалась в том, что ранние галактики содержали меньше пыли, поглощающей ультрафиолетовое излучение.

Авторы нового исследования решили проверить другую версию: что пыль все-таки была, но по своим свойствам отличалась от привычной межзвездной пыли современных галактик. В юной Вселенной основным источником пыли были взрывы сверхновых: когда массивные звезды погибают, они выбрасывают в космос облака вещества, из которых формируются пылевые частицы. Однако ударные волны внутри их остатков разрушают самые мелкие пылевые зерна, оставляя преимущественно крупные частицы. Такая пыль хуже поглощает ультрафиолет, из-за чего галактики выглядят намного ярче.

Астрономы нашли космического «дракона» — самую далекую и массивную спиральную галактику  Обнаружив самую удаленную от Земли (на сегодняшний день) гигантскую спиральную галактику, международная команда астрономов назвала ее в честь божества китайской мифологии: Чжулун (или Дракон со све… naked-science.ru

Чтобы проверить гипотезу, исследователи построили физическую модель. Она учитывала состав пыли, ее распределение внутри галактик и то, как свет проходит через неоднородную межзвездную среду. В отличие от предыдущих сценариев, где пыль предполагалось буквально «выдуть» из галактик мощными потоками газа, новая модель показала, что галактики могли оставаться богатыми газом и пылью, но все равно пропускать большое количество УФ.  

Особенно интересными оказались так называемые GELDA-галактики — объекты с экстремально низким поглощением света пылью. Такие системы, по данным «Уэбба», особенно распространены в первые сотни миллионов лет после рождения Вселенной. Некоторые из них при этом содержат огромное количество газа, что плохо согласуется с идеей полного «очищения» галактики от пыли. В новой модели пыль присутствует, но ее оптические свойства сильно отличаются от привычных. 

Расчеты показали, что если использовать параметры такой сверхновой пыли (меньше поглощает УФ), теоретические модели начинают хорошо совпадать с данными наблюдений. Причем для этого не нужно предполагать экстремально высокую скорость звездообразования, поскольку пыль просто оказывается менее эффективным экраном.

Астрофизики объявили об открытии галактики, способной опровергнуть Стандартную модель космологии Целый ряд открытых ими галактик должен был возникнуть всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва, что само по себе непросто согласовать с общепринятой физикой. Но одна из них по возрасту ф… naked-science.ru

Таким образом, в ранней Вселенной мог происходить своеобразный переход эпох: сначала галактики содержали пыль, порожденную почти исключительно сверхновыми, а позже — когда среда обогащалась тяжелыми элементами — начинал работать другой механизм роста пылинок уже внутри межзвездного газа. Именно этот переход, по мнению ученых, может объяснить избыток ярких галактик в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Если выводы авторов 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.