Senųjų galaktikų masė didesnė dėl mažų žvaigždžių

Jaunos Visatos šviesa gali klaidinti. Per milijardus metų ryškiausios žvaigždės skamba garsiausiai, slėpdamos tylėtesnes kaimynes, kurios kartu gali turėti daugiau masės nei pastebimos keletas.

Tarptautinė komanda, kurią vadovavo astronomai naudodami NASA James Webb kosminį teleskopą ir archyvinius duomenis iš Labai Didžiojo Teleskopo (VLT), nustatė, kad kai kurios didžiulės ankstyvosios Visatos galaktikos slepia gerokai didesnes mažos masės žvaigždžių populiacijas nei manyta. Išskirdami galaktikų spektrus su naujais modeliais ir neįprastai aštriais stebėjimais, mokslininkai atrado spektrinius pėdsakus, išduodančius paslėgtą, blankią žvaigždžių daugumą, tokias žvaigždes, kurios atskirai vos mirga, bet kartu talpina reikšmingą masę.

Imtis buvo mažas, bet reikšmingas: devynios masyvios, subrendusios galaktikos, kurios jau seniai nustojo formuoti žvaigždes. Kai komanda išvyniojo kiekvienos galaktikos šviesos mišrias spalvas, jie pamatė netikėtą vaizdą. Keletas švytinčių milžinių šviesa užgožė tylųjų mažos masės žvaigždžių chorą. Kai šie subtilūs signalai buvo išskirti, kai kurių galaktikų numatoma žvaigždžių masė išaugo, kartais tris ar keturis kartus.

Įsivaizduokite tai kaip naktinį miesto siluetą. Keletas dangoraižių dominuoja vaizde, tačiau tarp jų stovi tūkstančiai mažų namų. Iš tolo pastebite bokštus. Priartėję suprantate, kad priemiesčiai yra didžiuliai ir sunkūs. Ta pati mintis tinka šioms senosioms sistemoms: ryškios žvaigždės atskleidžia galaktikos buvimą, tačiau tikrąją galaktikos masę gali sudaryti daugybė blankių žvaigždžių, kurių beveik nepastebėjote.

Šie matavimai kelia iššūkį ilgai gyvavusiai prielaidai galaktikų tyrimuose: kad pradinis žvaigždžių masių mišinys yra maždaug universalus. Astronomai dažnai naudoja standartinį pasiskirstymą, kad paverstų galaktikos šviesą į bendrą masę, metodą, kuris gerai veikia daugelyje artimų sistemų. Naujas JWST pagrindu atliktas vertinimas rodo, kad masyviausių ankstyvosios Visatos galaktikų žvaigždžių mišinys buvo nukrypęs link mažos masės žvaigždžių, o tai reiškia, kad ankstesni masės įverčiai galėjo būti sistemingai per maži.

Vienas objektas šioje grupėje išsiskyrė. Susiformavęs maždaug už 1,5 milijardo metų po Didžiojo sprogimo, jis, regis, turi iki keturių kartų daugiau žvaigždžių masės nei anksčiau įvertinta pagal įprastas prielaidas. Jei šis rezultatas pasitvirtins platesnėje populiacijoje, tuomet teks peržiūrėti mūsų vaizdą, kada ir kaip susiformavo pirmosios sunkios galaktikos. Papildoma masė gilina augantį mįslės sluoksnį: JWST jau atskleidė stebėtinai subrendusias ir masyvias galaktikas epochomis, kai pagal standartinius modelius tokios sistemos turėtų būti retos.

Pasekmės plinta toliau. Galaktikų formavimosi simuliacijos turės įtraukti procesus, kurie anksti gamina daug mažos masės žvaigždžių. Žvaigždžių masė lemia gravitacinį potencialą, susidūrimų istoriją ir atgalinės sąveikos efektyvumą, reguliuojantį žvaigždžių formavimąsi. Net egzoplanetų tyrimai gali jausti poveikį, nes mažos masės žvaigždės dažnai yra palankūs planetų šeimininkai; daugiau mažų žvaigždžių ankstyvoje Visatoje gali reikšti turtingesnį senovinių planetinių sistemų inventorių nei manyta anksčiau.

Penn State astronomai prisidėjo pažangiomis modeliavimų technikomis, kurios padėjo ištraukti silpnus spektrinius požymius iš triukšmingų duomenų. Šis darbas priklausė nuo JWST jautrumo ir aukštos raiškos spektrų, kuriuos tiekė Žemėje įsikūrusios observatorijos. Kartu instrumentai ir analizė atvėrė langą, kuris anksčiau tiesiog buvo uždarytas.

Kas toliau? Komanda planuoja taikyti tą patį požiūrį dar anksčiau kosminėse epochoje, ieškodama blankių žvaigždžių pėdsakų arčiau laikotarpio, kai pirmosios žvaigždžių ir galaktikų kartos mirgėjo į egzistavimą. Kiekvienas naujas spektras gali arba patvirtinti šią tendenciją, arba priversti teorikus vėl perrašyti modelius.

Bet kuriuo atveju pamoka aiški: kai išmatuojate kosmosą, nepasitikėkite vien tik ryškiausiomis šviesomis, kad jos papasakotų visą istoriją.