У ранньому Всесвіті виявили несподівано старі зірки

Астрономи вивчили три дивні яскраві об’єкти з тих часів, коли з Великого вибуху пройшло лише 600-800 мільйонів років. Вони думали, що незвичайне випромінювання цих об’єктів пояснюється хмарами пилу, а виявилося, що це галактики, щільно наповнені старими зірками.

На околицях центру найпотужніших галактик сучасного Всесвіту літають зірки віком близько 13 мільярдів років. У цих світил спостерігається високий вміст елементів, які зазвичай утворюються в дуже масивних зірках і вилітають зовні в результаті колапсу ядра та виникнення наднової. Виходить, ці об’єкти мали сформуватися під час спалаху зіркоутворення, коли Всесвіту було менш як 1,2 мільярда років.

Вченим вже вдалося знайти потенційних «предків» сучасних масивних галактик із часів, коли з Великого вибуху минуло 3,3 мільярда років. За допомогою космічного телескопа «Джеймс Вебб» вдалося розглянути і кілька кандидатів з часів, коли з утворення Всесвіту пройшло лише 1,2 мільярда років. Очевидно, що принаймні деякі з таких скупчень зірок мали сформуватися ще раніше.

У спостереженнях «Джеймса Вебба» астрономи виявили кілька компактних, масивних і дуже «червоних» із випромінювання галактик із першого мільярда років після Великого вибуху. Проблема виникла в інтерпретації їхнього червоного випромінювання. Його причиною може бути як населення досить старих зірок, яку так шукають вчені, так і міжзоряний пил, активне галактичне ядро ​​або інші ефекти.

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Astrophysical Journal Letters, проаналізували випромінювання трьох таких «червоних крапок» та спробували розібратися у всіх можливих сценаріях та моделях виникнення такого світла.

Предметом вивчення стали об’єкти RUBIES-EGS-49140, 55604 та 966323, виявлені у спектроскопічному огляді RUBIES. Ми їх бачимо такими, якими вони були, коли з Великого вибуху минуло 600-800 мільйонів років (червоне усунення від 6,7 до 8,4).

Вивчивши інтенсивність їхнього випромінювання на різних довжинах хвиль, вчені дійшли висновку, що, найімовірніше, це справді скупчення «старих» для такого молодого Всесвіту зірок. Вік світив – кілька сотень мільйонів років.

«Ми не очікували знайти старі зірки у дуже молодому Всесвіті. Нехай стандартні моделі космології та формування галактик неймовірно успішні, все ж таки ці яскраві об’єкти не так вже й добре вписуються в прийняті теорії», — пояснила Бінцзе Ван (Bingjie Wang) з Університету штату Пенсільванія (США), головний автор нового дослідження.

Об’єкти можна «вписати» в прийняті космологічні теорії, якщо припустити дуже швидке та «ефективне» формування скупчень зірок у перший мільярд років після Великого вибуху. Сумарна маса зірок у цих скупченнях мала досягати десятків мільйонів сонячних мас.

Щобільше, в центрах деяких з вивчених об’єктів вчені знайшли ознаки наявності масивних чорних дірок у сотні, а можливо навіть тисячу разів масивніших за типові центральні чорні діри в галактиках аналогічної маси в сучасному Всесвіті. Ці чорні діри є проблемою: вони можуть пояснювати частину видимого випромінювання цих об’єктів. Втім, автори впевнені у своєму висновку, що основні «винуватці» — все ж таки старі зірки.

Зрештою, вчених вразив розмір систем — лише кілька сотень років у діаметрі. Виходить, зірок там приблизно стільки ж, скільки в Чумацькому Шляху, але вони розташовуються в просторі, який у тисячу разів менший за розмір. За словами співавтора дослідження Джоеля Леджа (Joel Leja), доцента кафедри астрономії та астрофізики Університету штату Пенсільванія (США), якщо нашу Галактику стиснути до таких розмірів, то найближча до Сонця зірка була б майже всередині нашої Сонячної системи. А надмасивна чорна діра в центрі галактики була б лише за 26 світлових років від нас. Ми бачили б її околиці у вигляді яскравої колони світла на небі.

Зірки у цих галактиках мали формуватися за умов, яких немає у сучасному Всесвіті. За кілька мільярдів років після Великого вибуху такі об’єкти перестали з’являтися. Нам ще доведеться дізнатися, чому так сталося. Вчені продовжать збирати та аналізувати дані «Джеймса Вебба», щоб розібратися в історії формування зірок, скупчень, галактик та надмасивних чорних дірок у ранньому Всесвіті.