Ultramasywne galaktyki we wczesnym Wszechświecie – czy zmienią kosmologię
Odkąd Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) uchwycił pierwsze spojrzenie na wczesny Wszechświat, astronomowie są zaskoczeni, że ultramasywne galaktyki występują częściej niż zakładano. Opierając się na najbardziej powszechnie akceptowanym modelu kosmologicznym, nie powinny one być w stanie ewoluować aż do znacznie późniejszego okresu w historii kosmosu.
Najnowsze badanie opisane w Physical Review Letters, wskazuje na potrzebę zmiany w modelu kosmologicznym. Nie wykazało jednak, że rewizja standardowego modelu kosmologicznego jest konieczna. Jednak astronomowie mogą być zmuszeni do ponownego przeanalizowania tego, co wiedzą o powstawaniu i ewolucji pierwszych galaktyk.
„Rozwój obiektów we wszechświecie jest hierarchiczny. Zaczyna się od czegoś małego i z czasem staje się coraz większe i większe” – mówi Julian Muñoz, adiunkt astronomii na Uniwersytecie Teksańskim w Austin i współautor badania.
Kosmologia bada pochodzenie, ewolucję i strukturę Wszechświata, od Wielkiego Wybuchu do dnia dzisiejszego. Najszerzej akceptowany model kosmologii nazywany jest modelem Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) lub „standardowym modelem kosmologicznym”. Chociaż model ten zdaniem naukowców jest dość kompletny, wiele informacji na temat wczesnego Wszechświata pozostało teoretycznych, ponieważ astronomowie nie byli w stanie zaobserwować go w całości.
Jak twierdzą badacze, wystrzelony w 1990 roku Kosmiczny Teleskop Hubble’a odegrał kluczową rolę w opracowaniu i udoskonaleniu standardowego modelu kosmologicznego. Obserwował on Wszechświat w ultrafiolecie, świetle widzialnym i niektórych długościach fal bliskich podczerwieni. Przez co Hubble jest dobrze wyposażony do oglądania mniejszych galaktyk, które często zawierają większe populacje młodych gwiazd emitujących promieniowanie ultrafioletowe i mniej pyłu, który ma tendencję do pochłaniania krótszych długości fal.
Astronomowie zaznaczają, że wystrzelony w 2021 roku Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST)stanowi ważne uzupełnienie możliwości Hubble’a. Obserwując w bliskiej i średniej podczerwieni, może wykrywać obiekty niewidoczne dla swojego poprzednika.
Zdaniem naukowców, krótko po Wielkim Wybuchu wszystko nie było idealnie jednolite. Niewielkie różnice w gęstości miały ogromny wpływ na przyszłą strukturę i ewolucję kosmosu. Regiony o większej gęstości przyciągały więcej materii z powodu grawitacji, co ostatecznie doprowadziło do powstania coraz większych struktur, takich jak ultramasywne galaktyki.
Teoretycznie, aby możliwe było, by ultramasywne galaktyki zaobserwowane przez JWST, powstały tak szybko, musiałoby istnieć więcej regionów o większej gęstości rozwiniętych zaraz po Wielkim Wybuchu. Co wymagałoby zmiany standardowego modelu kosmologicznego.
Astronomowie chcąc przetestować tę hipotezę, wybrali zakres czasu kosmicznego, dla którego dostępne są zarówno obserwacje Webba, jak i Hubble’a. W tym okresie zidentyfikowali najbardziej masywne galaktyki znajdujące się w danych z teleskopów i obliczyli wielkość zmiany wczesnej gęstości Wszechświata, która byłaby potrzebna do ich powstania. Obliczyli również, ile mniejszych galaktyk powstałoby w wyniku tej hipotetycznej zmiany. Dodatkowe mniejsze galaktyki zostałyby zaobserwowane przez Hubble’a.
„Ale tego nie widzimy. Nie można zmienić kosmologii na tyle, aby wyjaśnić ten problem z obfitością ultramasywnych galaktyk, biorąc pod uwagę, że obserwacje Hubble’a również zostałyby dotknięte” – wyjaśnia Muñoz.
Naukowcy nie są pewni, dlaczego więc JWST znajduje tak wiele ultramasywnych galaktyk. Ich zdaniem, jedną z możliwości jest to, że zawierają one supermasywne czarne dziury. Te obiekty podgrzewałyby pobliski gaz, sprawiając, że galaktyki wydawałyby się jaśniejsze, a tym samym bardziej masywne niż są w rzeczywistości. Mogą one też nie znajdować się we wczesnym Wszechświecie, ale wyglądają tak, ponieważ pył powoduje, że ich kolor jest bardziej czerwony. To przesunięcie ku czerwieni sprawiłoby, że galaktyki wydawałyby się bardziej odległe niż są w rzeczywistości.
Emil Gołoś
