Малки, ярки обекти, открити в зората на Вселената, озадачават учените

Скорошно откритие от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) на НАСА потвърди, че ярки, интензивно червени обекти, открити преди това в ранната вселена, преобръщат конвенционалното мислене за произхода и еволюцията на галактиките и техните супермасивни черни дупки.

Международен екип, ръководен от изследователи от Пенсилванския държавен университет, използвайки инструмента NIRSpec на борда на телескопа James Webb като част от проучването RUBIES, успя да идентифицира три мистериозни обекта в ранната вселена, около 600-800 милиона години след Големия взрив , когато Вселената е била 5% от сегашната му възраст. Обявете Откритието е направено днес, 27 юни, в Astrophysical Journal Letters.

Екипът изучава спектроскопски измервания или интензитета на различни дължини на вълната на светлината, излъчвана от обекти. Техният анализ откри признаци на „стари“ звезди, на стотици милиони години, много по-стари от очакваното в една млада вселена.

Изследователите казаха, че също са били изненадани да открият признаци, показващи наличието на свръхмасивни черни дупки в същите обекти, тъй като те оценяват тяхната маса на 100 до 1000 пъти по-голяма от масата на супермасивната черна дупка в нашата галактика Млечен път. Нищо от това не се очаква в настоящите модели на растеж на галактики и образуване на свръхмасивна черна дупка, които предсказват, че галактиките и техните черни дупки растат заедно в продължение на милиарди години космическа история.

„Потвърдихме, че тези обекти изглеждат пълни с древни звезди – на стотици милиони години – във вселена, която е само на 600-800 милиона години“, каза Bingjie Wang, постдокторантски изследовател в Penn State и водещ автор на изследването. „Тези обекти държат рекорда за най-старите следи от древна звездна светлина.“

„Беше напълно неочаквано да се открият древни звезди в млада вселена. Стандартните модели на космологията и образуването на галактики бяха невероятно успешни, но въпреки това тези светещи обекти не отговарят напълно на тези теории.“

Изследователите за първи път откриха масивните обекти през юли 2022 г., когато беше публикуван първоначалният набор от данни от JWST. Екипът публикува изследователска статия в природа Няколко месеца по-късно беше обявено съществуването на обектите.

По това време изследователите подозираха, че тези обекти са галактики, но те последваха анализа си, като взеха спектри, за да разберат по-добре истинските разстояния на обектите, както и източниците, които захранват тяхната масивна светлина.

След това изследователите използваха новите данни, за да нарисуват по-ясна картина на това как изглеждат галактиките и какво има вътре в тях. Екипът не само потвърди, че тези обекти са галактики близо до началото на времето, но също така откри доказателства за изненадващо масивни черни дупки и изненадващо древна популация от звезди.

„Това е много озадачаващо“, каза Джоел Лига, асистент по астрономия и астрофизика в Penn State и съавтор на двата документа. лудо бързи, странни образувания в началото на времето. Това без съмнение е най-необичайната и интересна колекция от предмети, които съм виждал в кариерата си.“

Телескопът James Webb е оборудван с инфрачервени сензори, способни да откриват светлина, излъчвана от най-старите звезди и галактики. Лега каза, че този телескоп позволява на учените да видят какво се е случило в миналото преди около 13,5 милиарда години, тоест близо до началото на Вселената, каквато я познаваме.

Едно предизвикателство при анализирането на древна светлина е, че може да бъде трудно да се направи разлика между типовете обекти, които могат да излъчват светлина. В случая с тези ранни обекти те имат ясни характеристики както на свръхмасивни черни дупки, така и на древни звезди.

Въпреки това, обясни Уанг, все още не е ясно каква част от наблюдаваната светлина идва от всяка, което означава, че те може да са неочаквано древни ранни галактики, които са дори по-масивни от нашия собствен Млечен път, или се образуват много по-рано, отколкото прогнозират моделите, или Повече галактиките с нормална маса биха могли да имат „свръхмасивни“ черни дупки, около 100 до 1000 пъти по-масивни от такава галактика днес.

„Разграничаването на светлина от материал, падащ в черна дупка, и светлина, излъчвана от звезди в тези малки, далечни обекти, е трудно“, каза Уанг. „Невъзможността да се направи разлика в текущия набор от данни оставя много място за тълкуване на тези интересни неща. Честно казано, вълнуващо е, че толкова много от тази мистерия остава да бъде открита.“

Освен тяхната необяснима маса и възраст, ако част от светлината наистина идва от свръхмасивни черни дупки, тогава те също не са обикновени свръхмасивни черни дупки. Те произвеждат много повече ултравиолетови фотони от очакваното и подобни обекти, изследвани с други инструменти, нямат отличителните белези на свръхмасивни черни дупки, като горещ прах и ярко рентгеново излъчване. Но може би най-изненадващото нещо, казаха изследователите, е колко масивни са тези обекти.

„Свръхмасивните черни дупки обикновено се свързват с галактики“, каза Лига. „Те израстват заедно и преминават през всичките си основни житейски преживявания заедно. Но тук имаме напълно оформена възрастна черна дупка, живееща в това, което би трябвало да е млада галактика. Всъщност няма смисъл, защото тези неща трябва да растат заедно. “ Или поне така си мислехме.“

Изследователите също бяха озадачени от изключително малкия размер на тези системи, които са само няколкостотин светлинни години в диаметър, около хиляда пъти по-малки от нашата галактика Млечен път. Броят на звездите в тези системи е приблизително същият като броя на звездите в нашата галактика Млечен път – където броят на звездите в тези системи варира от десет милиарда до трилион звезди – но те са ограничени до обем около хиляда пъти по-малък от галактиката Млечен път.

Лейджа обясни, че ако вземем Млечния път и го компресираме до размера на галактиките, които намерихме, най-близката звезда ще бъде приблизително разположена в нашата слънчева система. Що се отнася до свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката Млечен път, която е на около 26 000 светлинни години, тя ще бъде само на около 26 светлинни години от Земята и ще се вижда в небето като гигантска колона от светлина .

„Тези ранни галактики бяха пълни със звезди – звезди, които трябва да са се образували по начин, който никога не сме виждали преди, при условия, които никога не сме очаквали през период, когато никога не сме очаквали да ги видим“, каза Леха. „По някаква причина Вселената спря да създава подобни неща само след няколко милиарда години. Това е уникално за ранната Вселена.“

Изследователите се надяват да продължат с повече наблюдения, които според тях могат да помогнат да се обяснят някои от мистериите на обектите. Те планират да уловят по-дълбоки спектри чрез насочване на телескопа към обекти за дълги периоди от време, което ще помогне за отделяне на емисиите от звезди и потенциална супермасивна черна дупка чрез идентифициране на специфични абсорбционни сигнатури, които могат да присъстват във всяка.

„Има друг начин, по който можем да постигнем пробив и това е правилната идея“, каза Лега. „Имаме всички тези парчета пъзел и те пасват само ако пренебрегнем факта, че някои от тях се счупват. Този проблем е разрешим с гениален удар, който досега ни е убягвал, на всички наши сътрудници и на цялата научна общност. „