Студено и тъмно: Откриха "разрушители на вселената"

А строномите хвърлят поглед в началото на времето и както се оказва, са видели нещо, което противоречи на съвременните представи за структурата на Вселената. Налице е нов източник на информация за произхода на Вселената и за това как учените се опитват да обяснят тези аномалии.

Студено и тъмно

Еволюцията на Вселената се описва от стандартния космологичен модел ΛCDM (чете се ламбда-ци-ди-ем), основан на Общата теория на относителността на Айнщайн.

CDM означава студена тъмна материя. Тя съставлява около 25% от Вселената. Тя не участва в електромагнитните взаимодействия, така че не се улавя с наличните за човечеството средства за наблюдение.

Въпреки това тя притежава сила на привличане. Струпванията на тъмна материя са изиграли ключова роля при формирането на Вселената - именно около тях са се групирали атомите на видимата материя, които в крайна сметка са образували звездите и галактиките. Масата и сложността на структурата се увеличавали постепенно. Ето защо е логично да се предположи, че младите галактики са били по-малки и по-прости от по-зрелите галактики, като например нашия Млечен път.

James Webb finds galaxies-destroyers of the Universe - https://t.co/2k6u0WkOcF pic.twitter.com/HTeCr8ITYk

— The Universe Space Tech (@ust_magazine) February 23, 2023

Най-новите телескопи позволиха на учените да надникнат в миналото и да проверят тази хипотеза. Известно е, че Вселената се разширява с ускорение, което се дължи на сила, противоположна на гравитацията - хипотетичната тъмна енергия. Тя не е в състояние да разруши галактиките, "свързани" от тъмната материя, затова просто ги "дърпа" настрани.

Предполага се, че стойността на тъмната енергия Λ е постоянна. По този начин астрономите могат да изчислят разстоянието до небесните тела в дълбокия космос - а оттам и приблизителната им възраст.

Колкото по-далеч е даден обект, толкова по-голяма е дължината на вълната на електромагнитното излъчване, което достига до нашата Слънчева система. Най-старите галактики могат да се видят само в инфрачервения диапазон. Именно в този диапазон работи най-новата обсерватория Джеймс Уеб (JWST). Първите изображения са получени там през лятото на 2022 г. - и на тях се виждат най-ранните етапи от формирането на Вселената. Резултатите са шокиращи: галактиките се оказаха по-масивни и по-многобройни, отколкото предвижда моделът ΛCDM.

"Опровержение на 99% от моделите."

"Неофициално наричаме тези обекти разрушители на Вселената. И досега те потвърждават този статут", казва Джоел Лея, астрофизик от Университета на Пенсилвания (САЩ). Като част от международен екип от учени той е проучил първите снимки на Джеймс Уеб, като се е фокусирал върху шест предполагаеми галактики на възраст 500-700 години спрямо Големия взрив. Това са само 3% от сегашните. Всекики обект има маса, по-голяма от десет на десетата степен на Слънцето - приблизително същата като нашата галактика на 13 милиарда години.

Тези данни "са в противоречие с 99% от космологичните модели", отбелязва Лея. Ако изчисленията на неговата група са верни, звездите в ранната Вселена са 100 пъти по-масивни, отколкото се смяташе досега.

Вероятно поне някои от откритите обекти не са галактики, а свръхмасивни черни дупки (SMBH).

James Webb telescope detects evidence of ancient ‘universe breaker’ galaxies https://t.co/ROlfkvPj2f #jameswebb #jwst #astronomy #galaxy #galaxies #BigBang #Universe

— Future Timeline (@future_timeline) March 2, 2023

Освен това фотометрията (отчитането на яркостта) трябва да бъде потвърдена от спектроскопията (измерването на дължината на вълната). На борда на орбиталната обсерватория е наличен подходящ инструмент. Научните журналисти сравняват спектроскопията с ДНК анализ, а фотометрията - с изображение на "лице в тълпата".

Грешка на астрономите

Ако моделът не съвпада с наблюденията, може би проблемът е в наблюденията, а не в модела. Възрастта на няколко млади галактики, забелязани от Джеймс Уеб, вече е коригирана в посока нагоре след калибрирането на телескопа. Според астрономите същата съдба сполетява и значителна част от откритията, направени от материалите на първите снимки на обсерваторията.

Но дори и с поправянето на тези грешки JWST е предоставил множество данни, които не се вписват в утвърденото разбиране за Вселената. Това принуждава учените да преразгледат установените методи за изчисляване на различни параметри.

Например масата на една галактика се определя от нейната яркост. Сините звезди са най-ярките, докато по-голямата част от материята е в по-слабите червени. Тяхното съотношение е приблизително еднакво във всички наблюдавани звездни групи, което позволява масата на отдалечените купове да се изчислява само по общата яркост, без да се брои всяка отделна газова топка. Възможно е обаче в по-ранни епохи съотношението да е било различно и галактиките, макар и ярки, да са били много по-светли.

Черните дупки в центъра са друго обяснение за яркостта на ранните галактики. В този случай звездните системи биха били по-малко масивни.

Предполага се, че черните дупки са оцелели след Големия взрив и са дошли при нас от предишна епоха, когато Вселената се е свивала. Повечето учени обаче смятат тази версия за абсолютно фантастична.

Каквато и да е истината, досега не се е случило нищо страшно за съвременната космология, подчертава изследователят от Държавния астрономически институт в Щернберг Владимир Сурдин.

"Всеки стандартен модел се нуждае от постоянно усъвършенстване поради нови експериментални или наблюдателни факти. Тъй като го виждаме в природата, той е бил в състояние да го направи. Как? Това все още е въпрос. Но очевидно отговорът ще бъде намерен", уверен е експертът.

Някои загадки вероятно ще бъдат разгадани през пролетта (а вероятно ще има и нови), когато Джеймс Уеб ще се опита да види галактики на не повече от 300 години след Големия взрив, използвайки спектроскопия.