JWST atradimas: ankstyvųjų galaktikų paslėptas svoris

Jaunos Visatos šviesa gali apgauti. Per milijardus metų ryškiausios žvaigždės skleidžia garsiausią spindesį ir užgožia tyliau šviečiančias kaimynes, kurios kartu gali turėti daugiau masės nei keli išskirtiniai švytintys objektai.

Tarptautinė komanda, kuriai vadovavo astronomai, naudoję NASA Jameso Webbo kosminį teleskopą, kartu su archyviniais Very Large Telescope duomenimis nustatė, kad kai kurios milžiniškos, ankstyvoje kosminėje istorijoje susiformavusios galaktikos slepia žymiai didesnes mažos masės žvaigždžių populiacijas, nei manyta. Išskirdami galaktikų spektrus naujais modeliais ir pasitelkę neįprastai tikslų stebėjimą, tyrėjai aptiko spektrinius požymius, kurie išduoda paslėptą, blankią žvaigždžių daugumą, žvaigždes, kurios pavieniui vos žiba, bet kartu sudaro reikšmingą masę.

Imtis buvo maža, bet reikšminga: devynios masyvios, subrendusios galaktikos, kurios žvaigždžių formavimo procesą nutraukė jau seniai. Išardę mišrias spalvas kiekvienos galaktikos šviesoje, komanda pamatė netikėtą vaizdą. Kelių ryškių milžinių šviesa užgožė tylų mažos masės žvaigždžių chorą. Kai šie subtilūs signalai buvo atskirti, kai kurių galaktikų numatoma žvaigždžių masė išaugo kartais trigubai ar keturgubai.

Įsivaizduokite tai kaip miesto panoramą naktį. Keli dangoraižiai dominuoja vaizde, bet tarp jų stovi tūkstančiai mažų namų. Iš tolo matote bokštus, bet priartėję suvokiate, kad priemiesčiai yra plati ir masyvi erdvė. Tas pats principas galioja ir šioms senovinėms sistemoms: ryškios žvaigždės atskleidžia galaktikos buvimą, tačiau tikrąjį jos svorį gali sudaryti daugybė blankių žvaigždžių, kurių beveik nepastebėjote.

Šie matavimai kelia iššūkį ilgai gyvavusiai prielaidai galaktikų tyrimuose: kad pradinis žvaigždžių masių pasiskirstymas yra maždaug universalus. Astronomai dažnai naudoja standartinį pasiskirstymą, kad paverstų galaktikos šviesą į bendrą masę, metodą, kuris gerai veikia daugelyje netolimų sistemų. Naujoji su JWST pagrįsta analizė rodo, kad masyviausių ankstyvos Visatos galaktikų žvaigždžių mišinys buvo linkęs link mažos masės žvaigždžių, tad ankstesni masės vertinimai galėjo būti sistemingai per maži.

Vienas objektas iš imties ypač išsiskyrė. Susiformavęs maždaug per 1,5 milijardo metų po Didžiojo sprogimo, jis, sprendžiant pagal naujus duomenis, talpina iki keturių kartų daugiau žvaigždžių masės nei buvo anksčiau įvertinta remiantis įprastomis prielaidomis. Jei toks rezultatas pasitvirtins platesnėje populiacijoje, mūsų supratimas apie tai, kada ir kaip susiformavo pirmosios sunkios galaktikos, turės būti peržiūrėtas. Papildomas masės kiekis gilina augantį galvosūkį: JWST jau atskleidė netikėtai subrendusias ir masyvias galaktikas epochose, kai pagal standartinius modelius tokios sistemos turėtų būti retos.

Padariniai sklinda plačiai. Galaktikų formavimosi simuliacijos turės įtraukti procesus, kurie anksti sukuria daug mažos masės žvaigždžių. Žvaigždžių masė lemia gravitacinį potencialą, susijungimo istorijas ir atgalinio ryšio efektyvumą, reguliuojantį žvaigždžių formavimą. Net egzoplanetų tyrimai gali patirti pasekmes, nes mažos masės žvaigždės dažnai yra palankūs planetų šeimininkai; daugiau mažų žvaigždžių ankstyvojoje Visatoje gali reikšti turtingesnį senovinių planetinių sistemų repertuarą nei manyta anksčiau.

Pensilvanijos Valstybinio universiteto astronomai prisidėjo pažangiomis modelavimo metodikomis, padėjusiomis ištraukti silpnus spektrinius bruožus iš triukšmingų duomenų. Šis darbas priklausė nuo JWST jautrumo ir aukštos raiškos spektrų, kuriuos pateikė žemės observatorijos. Kartu instrumentai ir analizė atvėrė langą, kuris anksčiau praktiškai buvo uždarytas.

Ką komanda planuoja toliau? Tyrėjai ketina taikyti tą patį metodą dar ankstyvesniems kosminiams laikotarpiams, ieškodami blankių žvaigždžių ženklų arčiau laikotarpio, kai pirmosios žvaigždžių ir galaktikų kartos pradėjo formuotis. Kiekvienas naujas spektras gali patvirtinti tendenciją arba priversti teorikus peržiūrėti savo modelius.

Bet kuriuo atveju pamoka aiški: sverdami kosmosą nepasikliaukite vien ryškiausiomis šviesomis, kad jos atskleistų visą istoriją.