ЕРЕВАН, 3 мар — Sputnik. Эволюцию Вселенной описывает стандартная космологическая модель ΛCDM (читается как лямбда-си-ди-эм), основанная на Общей теории относительности Эйнштейна.
CDM — это cold dark matter, "холодная темная материя". На нее приходится около 25% Вселенной. В электромагнитном взаимодействии не участвует, поэтому не фиксируется средствами наблюдения, имеющимися у человечества.
Однако у нее есть сила притяжения. Сгустки темной материи сыграли ключевую роль в формировании Вселенной — именно вокруг них группировались атомы видимого вещества, которые в конце концов образовали звезды и галактики. Масса и сложность структуры увеличивались постепенно. Поэтому логично предположить, что молодые галактики были меньше и проще, нежели более зрелые, такие, как наш Млечный Путь.
Новейшие телескопы позволили ученым заглянуть в прошлое и проверить эту гипотезу. Известно, что Вселенная расширяется с ускорением под действием силы, противоположной гравитации, — гипотетической темной энергии. Она не способна разрушить галактики, "скрепленные" темной материей, поэтому просто "растаскивает" их в разные стороны.
Величина темной энергии Λ, как принято считать, постоянна. Поэтому астрономы могут рассчитать расстояние до небесных тел в глубоком космосе — а, следовательно, их примерный возраст.
Чем дальше от нас объект, тем длиннее волна электромагнитного излучения, достигающего Солнечной системы. Самые древние галактики видны только в инфракрасном диапазоне.
Именно в таком работает новейшая обсерватория "Джеймс Уэбб" (JWST). Первые снимки там получили летом 2022-го — и увидели самые ранние этапы формирования Вселенной. Результаты шокировали: галактики оказались более массивными и многочисленными, чем предсказывает модель ΛCDM.
"Опровергает 99 процентов моделей"
"Неофициально мы называем эти объекты разрушителями Вселенной. И до сих пор они подтверждали этот статус", — говорит Джоэл Лейя, астрофизик из Пенсильванского университета (США). В составе международной группы ученых он изучил первые снимки "Джеймса Уэбба", сосредоточившись на шести предполагаемых галактиках возрастом 500-700 лет относительно Большого взрыва. То есть, всего три процента от нынешнего.
Так вот, масса каждого объекта превышала десять в десятой степени солнечной — примерно столько же у нашей галактики возрастом 13 миллиардов лет.
Эти данные "находятся в противоречии с 99 процентами моделей космологии", отмечает Лейя. Если расчеты его группы верны, звезды в ранний период Вселенной в 100 раз массивнее, чем считали до сих пор.
Правда, авторы работы делают оговорки. Вероятно, по крайней мере какая-то часть из обнаруженных объектов — не галактики, а сверхмассивные черные дыры (СМЧД).
Кроме того, фотометрию (показатели яркости) должна подтвердить спектроскопия (измерение длины волны). Соответствующий прибор на борту орбитальной обсерватории имеется. Научные журналисты сравнивают спектроскопию с анализом ДНК, а фотометрию — со снимком "лица в толпе".
Ошибка астрономов
Если модель не соответствует наблюдениям, возможно, проблема не в ней, а в наблюдениях. Возраст сразу нескольких юных галактик, замеченных "Джеймсом Уэббом", уже скорректировали в сторону увеличения после калибровки телескопа. По мнению астрономов, та же участь постигнет значительную часть открытий, совершенных по материалам первых снимков обсерватории.
Однако даже с учетом исправления этих ошибок JWST предоставил большой массив данных, не вписывающихся в устоявшиеся представления о Вселенной. Это заставляет ученых пересматривать общепринятые методики расчета различных параметров.
Например, массу галактики определяют по ее яркости. Сильнее всего светятся голубые звезды, тогда как основная материя приходится на более тусклые красные. Их соотношение примерно одинаково во всех наблюдаемых группах звезд, что позволяет вычислять массу далеких скоплений только по общей яркости, не подсчитывая каждый отдельный газовый шар. Однако не исключено, что в ранние эпохи пропорция была другой, и галактики были хотя и яркими, но значительно более легкими.
Черные дыры в центре — еще один вариант объяснения яркости ранних галактик. В таком случае звездные системы окажутся не столь массивными.
"Возможно, первыми сформировались СМЧД, которые стали быстро притягивать к себе вещество — раньше этот фактор не учитывали. Анализировали только поведение газа, а газовые облака очень медленно меняют форму, поскольку крайне разреженные. В то же время черные дыры способны быстро сформировать вокруг себя довольно компактную, плотную "закваску" — протогалактику", — объясняет РИА Новости научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Владимир Сурдин.
Правда, непонятно, откуда взялись сами СМЧД, ведь на их формирование тоже нужно много времени. Высказывают даже предположение, что черные дыры пережили Большой взрыв и пришли к нам из предыдущей эпохи, когда Вселенная сжималась. Впрочем, большинство ученых считает эту версию абсолютно фантастической.
Как бы то ни было, пока ничего страшного для современной космологии не случилось, подчеркивает Сурдин.
"Любая стандартная модель требует постоянной доработки из-за новых экспериментальных или наблюдательных фактов. Раз мы это видим в природе, значит, она смогла так сделать. Как? Пока вопрос. Но, очевидно, ответ найдется", — уверен эксперт.
Некоторые загадки, наверное, разрешатся весной (и, вероятно, появятся новые), когда "Джеймс Уэбб" с помощью спектроскопии попробует увидеть галактики возрастом не более 300 лет после Большого взрыва.