Тусклые звезды разрушают базовую концепцию формирования ранней Вселенной

Международная группа астрономов изучила девять массивных зрелых галактик, в которых процессы звездообразования прекратились миллиарды лет назад. Объединив результаты наблюдений двух телескопов, ученые смогли впервые с высокой достоверностью оценить соотношение численности крошечных тусклых звезд и гораздо более крупных и ярких звезд в галактиках, расположенных на столь огромных расстояниях. Их выводы меняют представления о формировании первых галактик и делают загадку их неожиданно быстрого роста в молодой Вселенной еще более трудноразрешимой.

У некоторых из самых ранних массивных галактик Вселенной может быть намного больше звездной массы, чем предполагали астрономы. Их тусклое свечение, плохо различимое на фоне более ярких соседей, скрывает, на самом деле, огромные популяции мелких звезд. Это позволяет предположить, что такие галактики могут быть значительно тяжелее, чем считалось ранее.

Объединив данные обсерватории «Джеймс Уэбб» и наземного Очень Большого Телескопа, ученые впервые надежно измерили пропорции звезд разной светимости в девяти массивных зрелых галактиках, прекративших звездообразование миллиарды лет назад. Для этого они разделили галактический свет на спектры и определили по мельчайшим цветовым различиям присутствие звезд разных типов.

«Если представить галактику как город, то самые яркие звезды — это небоскребы, которые сразу бросаются в глаза издалека, — сказала Хлоя Чэн, ведущий автор исследования. — Наши модели показывают, что за этими редкими яркими звездами скрывается гораздо более многочисленная популяция маломассивных звезд — подобно тому, как обычные дома теряются на фоне небоскребов. В результате оказывается, что эта галактика гораздо массивнее, чем предполагалось ранее».

Обычно астрономы оценивали скрытую массу, заключенную в небольших тусклых звездах, исходя из предположения, что звезды во всей Вселенной образуются примерно в одних и тех же пропорциях. Новые измерения ставят это допущение под сомнение. Они указывают на то, что самые массивные галактики ранней Вселенной содержат значительно большую долю маломассивных звезд, чем менее массивные галактики, подобные Млечному Пути. Одна из галактик в выборке выделялась особо: вероятно, она сформировалась менее чем через полтора миллиарда лет после Большого взрыва, а ее масса может вчетверо превышать ранее сделанные оценки.

Это открытие усугубляет давнюю загадку ранней Вселенной. С момента запуска обсерватории «Уэбб» астрономы постоянно находят удивительно массивные и зрелые галактики, существовавшие уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Теперь выясняется, что в аналогичных, но чуть более поздних галактиках скрыто в несколько раз больше массы, чем думали — а значит, проблема того, как такие колоссальные системы успели сформироваться так быстро, становится еще острее.

Кроме того, поскольку вокруг маломассивных звезд часто образуются планеты, это может означать, что в ранней Вселенной планетных систем было гораздо больше, чем предполагалось. В ближайшие годы команда планирует применить ту же методику к еще более древним галактикам.

Реликтовое излучение, возникшее через 380 000 лет после Большого взрыва, — одно из главных доказательств стандартной космологической модели. Однако новое исследование астрономов из Германии и Китая предполагает, что часть сигнала этого излучения, на самом деле, может происходить от света древних галактик.