Зображення ранніх галактик, зроблені космічним телескопом Джеймса Вебба, виявили несподівану яскравість, що викликає питання про наше розуміння космосу. Моделювання, проведене Північно-Західним університетом, показує, що яскравість цих галактик пояснюється періодичним утворенням зірок, а не масивним розміром, що відповідає поточним космологічним моделям.
Саме інтенсивні спалахи світла, а не маса, вирішують нездійсненну загадку яскравості.
Коли вчені дивилися Космічний телескоп Джеймса ВеббаПерші зображення перших галактик Всесвіту, зроблені JWST, шокували їх. Молоді галактики здавалися надто яскравими, надто масивними та надто зрілими, щоб утворитися так швидко після Великого вибуху. Це буде як дитина, яка всього за два роки виросте у дорослого.
Навіть дивовижне відкриття Це змусило деяких фізиків поставити під сумнів стандартну модель космологіїрозмірковуючи, чи варто його перевертати чи ні.
Залежність яскравості галактики від маси
Використовуючи нове моделювання, a Північно-західний університетЗараз команда астрофізиків виявила, що ці галактики, ймовірно, все-таки не дуже масивні. Хоча яскравість галактики зазвичай визначається її масою, нові результати показують, що менш масивні галактики можуть так само яскраво світитися від нерегулярних блискучих спалахів зореутворення.
Це відкриття не тільки пояснює, чому малі галактики здаються такими оманливо маленькими, але також відповідає стандартній моделі космології.
Дослідження було опубліковано 3 жовтня в Листи астрофізичного журналу.
Художнє зображення ранніх зоряних галактик. Зображення надано даними моделювання FIRE, використаними в цьому дослідженні, які можуть пояснити останні результати JWST. Зірки та галактики виглядають як яскраві білі точки світла, тоді як темна матерія та більш дифузні гази виглядають як фіолетові та червоні. Джерело: Аарон М. Геллер, Північно-Західний, CIERA+IT-RCDS
«Відкриття цих галактик було великою несподіванкою, оскільки вони були набагато яскравішими, ніж очікувалося», — сказав Клод-Андре Фуше-Гегує, старший автор дослідження з Північно-Західного університету. “Зазвичай галактика яскрава, тому що вона велика. Але оскільки ці галактики утворилися на світанку космосу, з того часу минуло недостатньо часу”. великий вибух. Як ці масивні галактики можуть зібратися так швидко? Наше моделювання показує, що галактикам без проблем формується ця яскравість із космічним світанком.
«Ключ у тому, щоб відтворити достатню кількість світла в системі протягом короткого періоду часу», — додав Чжао Чжао Сун, керівник дослідження. “Це може статися або через те, що система дійсно масивна, або тому, що вона здатна швидко виробляти багато світла. В останньому випадку системі не обов’язково бути такою масивною. Якщо утворення зірок відбувається спалахами, вона буде випромінювати спалахи світла». Ось чому ми бачимо так багато дуже яскравих галактик.
Фоше Гігер, доцент кафедри фізики та астрономії Північно-Західного університету Вайнбергський коледж мистецтв і наук І членом Міждисциплінарний науково-дослідний центр з астрофізики (Прогулянка). Сан є постдокторантом CIERA в Північно-Західному університеті.
Розуміння космічної зорі
Період, що триває приблизно від 100 мільйонів років до мільярда років після Великого вибуху, космічний світанок характеризується утворенням перших зірок і галактик у Всесвіті. До того, як космічний телескоп Джеймса Вебба було запущено в космос, астрономи знали дуже мало про цей давній період часу.
«Космічний телескоп Джеймса Вебба приніс нам багато знань про космічний світанок», — сказав Сан. “До космічного телескопа Джеймса Вебба більшість наших знань про ранній Всесвіт були припущеннями, заснованими на даних з дуже небагатьох джерел. Завдяки величезному збільшенню можливостей спостереження ми можемо бачити фізичні деталі галактик і використовувати потужні дані спостережень для вивчення фізики, щоб зрозуміти, що відбувається».
Розширене моделювання та результати
У новому дослідженні Sun, Foucher-Géger та їхня команда використовували вдосконалене комп’ютерне моделювання, щоб змоделювати, як утворилися галактики відразу після Великого вибуху. Симуляції створили космічні галактики світанку, які були такими ж яскравими, як ті, які спостерігав космічний телескоп Джеймса Вебба. Симуляції є частиною Зворотний зв’язок із близькими середовищами Проект FIRE, який Фоше-Гегер заснував разом із колегами з Каліфорнійського технологічного інституту, Прінстонський університеті Каліфорнійський університет у Сан-Дієго. У новому дослідженні беруть участь співробітники Центру обчислювальної астрофізики Інституту Флетайрона, Массачусетського технологічного інституту та Каліфорнійського університету в Девісі.
Моделювання FIRE поєднує астрофізичну теорію з передовими алгоритмами для моделювання формування галактик. Ці моделі дозволяють дослідникам досліджувати, як галактики формуються, ростуть і змінюють форму, беручи до уваги енергію, масу, імпульс і хімічні елементи, що повертаються від зірок.
Коли Сан, Фуше-Гегер та їхня команда провели симуляції для моделювання ранніх галактик, які утворилися на світанку космосу, вони виявили, що зірки утворюються під час вибухів — концепція, відома як «вибухове зореутворення». У масивних галактиках, таких як Чумацький шляхЗірки утворюються з постійною швидкістю, при цьому кількість зірок поступово збільшується з часом. Але так зване вибухове зореутворення відбувається, коли зірки утворюються по черзі — багато зірок одночасно, за якими йдуть мільйони років дуже мало нових зірок, а потім знову багато зірок.
«Вибухове зореутворення особливо поширене в галактиках з малою масою», — сказав Фоше-Гегер. “Подробиці того, чому це відбувається, все ще є предметом поточних досліджень. Але ми думаємо, що відбувається вибух зірок, а потім через кілька мільйонів років ці зірки вибухають як наднові. Газ викидається, а потім повертається в утворюються нові зірки, що призводить до циклу утворення зірок. Але коли галактики стають достатньо масивними, вони мають набагато сильнішу гравітацію. Коли наднові вибухають, вона недостатня, щоб витіснити газ із системи. Гравітація утримує галактику разом і поміщає її в стабільний стан.
Яскраві галактики та модель Всесвіту
Моделювання також дозволило створити таку саму кількість яскравих галактик, яку виявив космічний телескоп Джеймса Вебба. Іншими словами, кількість яскравих галактик, передбачена моделюванням, відповідає кількості яскравих галактик, які спостерігаються.
Хоча інші астрофізики припустили, що вибухове зореутворення може бути причиною незвичайної яскравості галактик на світанку космосу, дослідники з Північно-Західного університету першими використали детальне комп’ютерне моделювання, щоб довести, що це можливо. Вони змогли зробити це, не додаючи нових факторів, які не відповідають нашій стандартній моделі Всесвіту.
«Більшість світла в галактиці надходить від наймасивніших зірок», — сказав Фоше-Гегер. “Оскільки більш масивні зірки горять з більшою швидкістю, вони коротше живуть. Вони швидко витрачають своє паливо в ядерних реакціях. Тому яскравість галактики більш безпосередньо пов’язана з кількістю зірок, які утворилися за останні кілька днів. мільйонів років, ніж маса галактики в цілому».
Довідка: «Вибухове зореутворення природним чином пояснює велику кількість яскравих галактик на світанку космосу», автори Джучао Сан, Клод Андре Фоше-Гегує та Крістофер С. Хейворд, Сюцзянь Чень, Ендрю Ветцель і Рейчел К. Cochrane, 3 жовтня 2023 р., доступно тут. Листи астрофізичного журналу.
doi: 10.3847/2041-8213/acf85a
Дослідження було підтримано раніше НАСА І Національний науковий фонд ім.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
