Телескоп JWST выявил скрытую звёздную массу в далёких галактиках
Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) уже успел поколебать стандартные модели формирования галактик, обнаружив зрелые, массивные галактики в невероятно молодой Вселенной. Теперь новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy международной командой под руководством Члоэ Ченг и Мартье Слоб из Лейденского университета совместно с учёными Пенсильванского государственного университета, сделало ситуацию ещё более запутанной: оказывается, эти галактики могут быть значительно массивнее, чем казалось — возможно, в три-четыре раза.
Где пряталась масса
Команда использовала JWST для получения исключительно глубоких спектров девяти массивных зрелых галактик — тех, что прекратили рождение звёзд миллиарды лет назад и существовали примерно семь миллиардов лет назад, когда Вселенная была примерно вдвое моложе нынешней.
Ключ к открытию — так называемая начальная функция масс (IMF): распределение звёзд по массам при рождении. Стандартная функция Кроупа предсказывает определённое соотношение числа ярких массивных звёзд к числу тусклых маломассивных. Маломассивные звёзды вносят ничтожный вклад в суммарную светимость галактики, но содержат значительную долю её звёздной массы.
Оказалось: ранние массивные галактики содержали значительно больше маломассивных звёзд, чем предполагала стандартная функция масс. Эти звёзды «невидимы» при обычных наблюдениях — слишком тусклые, чтобы выделиться по отдельности. Но их вклад в суммарную массу колоссален. Для некоторых из девяти изученных галактик это означает пересмотр звёздной массы вверх в четыре раза.
«До недавнего времени подобные измерения были просто невозможны», — говорит соавтор Мартье Слоб. «Нам требовался не только телескоп, способный увеличить очень далёкие галактики, но и спектры исключительного качества, а также новые методы анализа для надёжного обнаружения тонких сигнатур тусклых маломассивных звёзд, скрытых внутри этих космических гигантов».
Что означает пересмотр масс для теории
Если массы первых зрелых галактик значительно больше, чем считалось — это углубляет, а не решает загадку их происхождения.
Первая проблема состояла в том, что в молодой Вселенной наблюдаются крупные зрелые галактики, которые по существующим моделям не должны были успеть сформироваться так быстро. Теперь эти галактики оказались ещё массивнее. Разрыв между наблюдениями и теориями стал шире.
Одновременно JWST находит ещё один тип аномально яркого объекта в ранней Вселенной. Отдельная работа, размещённая на arXiv, описывает два объекта, которые изначально принимали за слабые квазары — сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Более детальные наблюдения показали, что это галактики со вспышками звездообразования, образующие 300–540 солнечных масс новых звёзд в год и содержащие от 100 000 до 1 млн сверхмассивных звёзд. Реальная граница масс этих звёзд пока неизвестна — некоторые потенциально превышают 200 масс Солнца.
Новые данные о первом поколении звёзд
Параллельно апрельское исследование JWST на arXiv предложило первое прямое наблюдение звёзд «третьего поколения» (Population III) — первых звёзд Вселенной, образованных из первичного водорода и гелия без тяжёлых элементов. Обнаруженные вблизи галактики GN-z11, они существовали всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва.
Данные JWST указывают на функцию масс, смещённую в сторону тяжёлых объектов (10–100 масс Солнца) — согласно теоретическим предсказаниям о горячих, массивных первых звёздах. Это соответствует и находкам из нового исследования: ранняя Вселенная формировала значительно больше маломассивных звёзд, чем предполагали модели, — но одновременно и сверхмассивные объекты, не имеющие аналогов в современной Вселенной.
Читайте также: антарктический телескоп ищет скрытые галактики.
Совокупно эти находки ставят под сомнение применимость стандартных функций масс к условиям ранней Вселенной и требуют пересмотра моделей звездообразования в эпоху первых галактик.
