Телескоп Джеймса Уэбба переписывает историю ранней Вселенной
Новые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба бросают вызов существующим теориям о ранней Вселенной — от неожиданно массивных чёрных дыр до слишком ярких галактик. Астрономы разрабатывают новые модели для объяснения этих явлений.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открыл новое окно в раннюю Вселенную, обнаружив объекты, которые не укладываются в прежние представления. Среди самых загадочных — сотни «маленьких красных точек»: компактные красноватые источники, появившиеся в изображениях примерно через 650 миллионов лет после Большого взрыва. До начала работы телескопа в 2022 году такие объекты не были известны.
Астрофизик Шарлотта Мэйсон из Копенгагенского центра космической зари изучает эти точки и часто делает наброски, чтобы понять их природу. Одна из гипотез заключается в том, что каждая точка — это чёрная дыра, окружённая плотным газом, возможно, новый класс объектов, называемый «звездой из чёрной дыры», где газ светится подобно звёздной атмосфере. Однако когда Мэйсон и её коллеги проанализировали свет одной из таких точек, они не нашли характерных изменений, которые возникают при прохождении света сквозь плотный газ. Мэйсон теперь считает, что газ неоднороден и имеет комковатую структуру.
JWST также обнаружил древние чёрные дыры, которые кажутся слишком массивными для своего возраста. Дженни Грин из Принстонского университета отмечает, что чёрные дыры массой в миллиард солнечных существовали уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, что требует необычайно быстрого роста. Теоретические пределы, такие как предел Эддингтона, обычно останавливают поглощение вещества, но новые симуляции показывают, что так называемая сверхэддингтоновская аккреция может позволить газу преодолеть давление излучения. Другой возможный путь — прямой коллапс массивных газовых облаков в чёрную дыру, однако в компьютерных моделях таких «зародышей» получается слишком мало.
В 2024 году JWST наблюдал чёрную дыру, существовавшую примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, которая поглощала вещество со скоростью, в 40 раз превышающей предел Эддингтона. Другая «маленькая красная точка» через примерно 750 миллионов лет после Большого взрыва оказалась «голой» сверхмассивной чёрной дырой массой около 50 миллионов солнечных и без видимых звёзд вокруг, что указывает на возможное формирование из большого газового облака.
Ранние галактики тоже оказались сюрпризом: они слишком яркие и слишком многочисленные. Хотя некоторые учёные поначалу усомнились в стандартной космологической модели, теперь теоретики предлагают несколько объяснений: более эффективное звездообразование, периодические вспышки или наличие массивных звёзд. Симуляции значительно улучшились с момента запуска JWST, помогая исследователям, например Хакиму Атеку из Парижского института астрофизики Сорбонны, сопоставлять смоделированные галактики с наблюдёнными.
Данные инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI) показывают, что древние галактики обладают неожиданно разнообразными свойствами, что может указывать на эпизодическое звездообразование. В некоторых галактиках газ и пыль словно расчищены, тогда как в других их много. Избыток азота говорит о том, что в ранней Вселенной было много массивных звёзд. Телескоп продолжает собирать данные, и астрономы постепенно складывают более полную картину космического рассвета.
