|
Аномальная яркость древних галактик
|
|
|
|
Когда ученые просмотрели первые изображения самых ранних галактик Вселенной, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), они были шокированы. Молодые галактики казались слишком яркими, слишком массивными и слишком зрелыми, чтобы образоваться так скоро после Большого взрыва. Это было бы похоже на то, как младенец превращается во взрослого всего за пару лет. Поразительное открытие даже заставило некоторых физиков усомниться в стандартной модели космологии, задаваясь вопросом, следует ли ее перевернуть. Используя новое моделирование, группа астрофизиков под руководством Северо-Западного университета обнаружила, что эти галактики, вероятно, в конце концов не такие уж массивные. Хотя яркость галактики обычно определяется ее массой, новые результаты показывают, что менее массивные галактики могут светиться столь же ярко от нерегулярных ярких вспышек звездообразования. Это открытие не только объясняет, почему молодые галактики кажутся обманчиво массивными, но и вписывается в стандартную модель космологии. Исследование было опубликовано 3 октября в The Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
«Открытие этих галактик стало большим сюрпризом, поскольку они оказались значительно ярче, чем ожидалось», — сказал Клод-Андре Фоше-Жигер из Northwestern, старший автор исследования. «Обычно галактика яркая, потому что она большая. Но поскольку эти галактики образовались на космическом рассвете, с момента Большого взрыва прошло недостаточно времени. Как могли эти массивные галактики собираться так быстро? Наше моделирование показывает, что у галактик нет проблем с формированием такой яркости. космическим рассветом». «Главное — воспроизвести достаточное количество света в системе за короткий промежуток времени», — добавил Гочао Сунь, возглавлявший исследование. «Это может произойти либо потому, что система действительно массивна, либо потому, что она способна быстро производить много света. В последнем случае система не обязательно должна быть такой массивной. Если звездообразование происходит вспышками, это произойдет излучают вспышки света. Именно поэтому мы видим несколько очень ярких галактик».
|
|
|
Фауше-Жигер — доцент кафедры физики и астрономии Вайнбергского колледжа искусств и наук Северо-Западного университета и член Центра междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики (CIERA). Сан является научным сотрудником CIERA в Северо-Западном университете. Период, который длился примерно от 100 миллионов лет до 1 миллиарда лет после Большого взрыва, космический рассвет отмечен образованием первых звезд и галактик во Вселенной. До запуска JWST в космос астрономы очень мало знали об этом древнем периоде времени. «JWST принес нам много знаний о космическом рассвете», — сказал Сан. «До JWST большая часть наших знаний о ранней Вселенной была спекуляциями, основанными на данных из очень небольшого числа источников. Благодаря огромному увеличению мощности наблюдений мы можем видеть физические детали о галактиках и использовать эти убедительные наблюдательные данные для изучения физики, чтобы понять, что происходит».
|
|
|
|
В новом исследовании Сан, Фауше-Жигер и их команда использовали передовое компьютерное моделирование, чтобы смоделировать формирование галактик сразу после Большого взрыва. В результате моделирования были созданы космические галактики рассвета, которые были такими же яркими, как и наблюдаемые JWST. Моделирование является частью проекта Feedback of Relativistic Environments (FIRE), который Фауше-Жигер основал совместно с сотрудниками Калифорнийского технологического института, Принстонского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего. В новом исследовании участвуют сотрудники Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон, Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Дэвисе. Моделирование FIRE сочетает в себе астрофизическую теорию и передовые алгоритмы для моделирования формирования галактик. Модели позволяют исследователям исследовать, как галактики формируются, растут и меняют форму, учитывая при этом энергию, массу, импульс и химические элементы, возвращаемые звездами.
|
|
|
|
Когда Сан, Фауше-Жигер и их команда провели моделирование ранних галактик, сформировавшихся на космическом рассвете, они обнаружили, что звезды формируются вспышками — концепция, известная как «взрывное звездообразование». В массивных галактиках, таких как Млечный Путь, звезды формируются с постоянной скоростью, причем количество звезд со временем постепенно увеличивается. Но так называемое взрывное звездообразование происходит, когда звезды формируются попеременной схеме: сразу много звезд, за которыми следуют миллионы лет очень небольшого количества новых звезд, а затем снова много звезд. «Взрывное звездообразование особенно распространено в галактиках с малой массой», — сказал Фауше-Жигер. «Детали того, почему это происходит, все еще являются предметом продолжающихся исследований. Но мы думаем, что происходит так, что происходит вспышка звезд, а затем, несколько миллионов лет спустя, эти звезды взрываются как сверхновые. Газ выбрасывается, а затем падает обратно. в формировании новых звезд, управляя циклом звездообразования».
|
|
|
|
«Но когда галактики становятся достаточно массивными, их гравитация становится гораздо сильнее. Когда сверхновые взрываются, они недостаточно сильны, чтобы выбросить газ из системы. Гравитация удерживает галактику вместе и приводит ее в устойчивое состояние». Моделирование также смогло создать такое же количество ярких галактик, как показало JWST. Другими словами, количество ярких галактик, предсказанное моделированием, соответствует количеству наблюдаемых ярких галактик. Хотя другие астрофизики предположили, что взрывное звездообразование может быть ответственным за необычную яркость галактик на космическом рассвете, исследователи Северо-Запада первыми использовали детальное компьютерное моделирование, чтобы доказать, что это возможно. И они смогли сделать это без добавления новых факторов, не соответствующих нашей стандартной модели Вселенной. «Большая часть света в галактике исходит от самых массивных звезд», — сказал Фауше-Жигер. «Поскольку более массивные звезды горят с более высокой скоростью, их жизнь короче. Они быстро расходуют свое топливо в ядерных реакциях. Таким образом, яркость галактики более напрямую связана с тем, сколько звезд она сформировала за последние несколько миллионов лет. больше, чем масса галактики в целом».
|
|
|
|
Источник
|
