Новое моделирование пересматривает стандартную модель космологии

Когда ученые увидели первые изображения самых ранних галактик Вселенной, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба, они были потрясены. Молодые галактики оказались слишком яркими, слишком массивными и слишком зрелыми, чтобы сформироваться так вскоре после Большого взрыва.

Это было бы похоже на то, как если бы младенец превратился во взрослого человека всего за пару лет.

Это поразительное открытие даже заставило некоторых физиков поставить под сомнение стандартную модель космологии и задуматься о том, не следует ли ее пересмотреть.

Используя новое моделирование, группа астрофизиков под руководством Северо-Западного университета обнаружила, что эти галактики, скорее всего, не так уж и массивны. Хотя яркость галактики обычно определяется ее массой, новые результаты позволяют предположить, что менее массивные галактики могут светиться так же ярко из-за нерегулярных ярких вспышек звездообразования.

Это открытие не только объясняет, почему молодые галактики кажутся обманчиво массивными, но и вписывается в стандартную модель космологии.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.

«Открытие этих галактик стало большим сюрпризом, поскольку они оказались значительно ярче, чем предполагалось», — сказал старший автор исследования Клод-Андре Фоше-Жигер (Claude-André Faucher-Giguère) из Северо-Западного университета. „Обычно галактики яркие, потому что они большие. Но поскольку эти галактики образовались на заре космической эры, с момента Большого взрыва прошло недостаточно времени. Как же эти массивные галактики могли собраться так быстро? Наше моделирование показывает, что галактики такой яркости без проблем формируются к космическому рассвету“.

Ключевым моментом является воспроизведение достаточного количества света в системе за короткий промежуток времени, — добавил руководитель исследования Гуочао Сунь.

Это может произойти либо потому, что система очень массивна, либо потому, что она обладает способностью быстро производить много света. В последнем случае система не обязательно должна быть такой массивной. Если звездообразование происходит в виде всплесков, то это приводит к вспышкам света. Именно поэтому мы видим несколько очень ярких галактик.

Фоше-Гигер — доцент кафедры физики и астрономии Вайнбергского колледжа искусств и наук Северо-Западного университета, сотрудник Центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA). Сун является постдокторским научным сотрудником CIERA в Северо-Западном университете.

Космический рассвет — период, продолжавшийся примерно от 100 млн. лет до 1 млрд. лет после Большого взрыва, — ознаменовался образованием первых звезд и галактик во Вселенной. До запуска JWST в космос астрономы почти ничего не знали об этом древнем периоде.

JWST принес нам много знаний о космическом рассвете, — говорит Сун.

До появления JWST большая часть наших знаний о ранней Вселенной была спекуляцией, основанной на данных из очень немногих источников. Благодаря огромному увеличению наблюдательной мощности мы можем увидеть физические детали галактик и использовать эти надежные наблюдательные данные для изучения физики, чтобы понять, что происходит.

В новом исследовании Сун, Фоше-Жигьер и их коллеги использовали передовые компьютерные симуляции для моделирования процесса формирования галактик сразу после Большого взрыва. В результате моделирования были получены галактики «космической зари», которые по яркости не уступали галактикам, наблюдаемым прибором JWST. Моделирование является частью проекта Feedback of Relativistic Environments (FIRE), одним из основателей которого является Фоше-Жигьер с сотрудниками из Калифорнийского технологического института, Принстонского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего. В новом исследовании принимают участие сотрудники Центра вычислительной астрофизики Института Flatiron, Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Дэвисе.

Имитационные модели FIRE объединяют астрофизическую теорию и передовые алгоритмы для моделирования формирования галактик. Эти модели позволяют исследователям изучить, как галактики формируются, растут и меняют форму, учитывая при этом энергию, массу, импульс и химические элементы, возвращающиеся от звезд.

Когда Сун, Фоше-Жигьер и их команда провели моделирование ранних галактик, образовавшихся на заре космической эры, они обнаружили, что звезды формируются в виде всплесков — концепция, известная как «вспышечное звездообразование». В массивных галактиках, таких как Млечный Путь, звезды образуются с постоянной скоростью, и их количество постепенно увеличивается с течением времени. Но при так называемом бурном звездообразовании звезды образуются попеременно — сразу много звезд, затем миллионы лет очень мало новых звезд, а потом снова много звезд.

Вспышечное звездообразование особенно характерно для галактик с малой массой, — говорит Фоше-Жигьер.

Детали того, почему это происходит, все еще являются предметом постоянных исследований. Но мы считаем, что происходит вспышка звездообразования, а затем, через несколько миллионов лет, эти звезды взрываются в виде сверхновых. Газ выбрасывается наружу, а затем снова попадает внутрь, образуя новые звезды, что приводит в движение цикл звездообразования.

Но когда галактики становятся достаточно массивными, они обладают гораздо более сильной гравитацией. Когда сверхновые взрываются, их силы недостаточно, чтобы выбросить газ из системы. Гравитация удерживает галактику вместе и приводит ее в устойчивое состояние.

Моделирование также позволило получить такое же количество ярких галактик, которое было обнаружено JWST. Другими словами, количество ярких галактик, предсказанное моделированием, совпадает с количеством наблюдаемых ярких галактик.

Хотя другие астрофизики высказывали гипотезы о том, что за необычную яркость галактик на рассвете космоса может отвечать взрывное звездообразование, северо-западные исследователи впервые с помощью детального компьютерного моделирования доказали, что это возможно. Причем им удалось сделать это без добавления новых факторов, не согласующихся с нашей стандартной моделью Вселенной.

Большая часть света в галактике исходит от наиболее массивных звезд, — заключает Фоше-Жигьер.

Поскольку более массивные звезды сгорают с большей скоростью, их жизнь короче. Они быстро расходуют свое топливо в ядерных реакциях. Таким образом, яркость галактики напрямую зависит от количества звезд, образовавшихся в ней за последние несколько миллионов лет, а не от массы галактики в целом.

Иллюстрация: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS

03.10.2023


Подписаться в Telegram



Космос

Хаббл нашел звездные ясли в 38 млн световых лет от Земли
Хаббл нашел звездные ясли в 38 млн световых лет от Земли

Космический телескоп Хаббл сделал новый снимок...

Physical Review Letters: Темная материя появилась во время космической инфляции
Physical Review Letters: Темная материя появилась во время космической инфляции

Физики пытаются понять, откуда взялась темная ...

Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе

В космосе есть место, куда астрономы не р...

Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную
Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную

Астрономы могут заглянуть в прошлое, набл...

В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд
В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд

Новую модель компактных звезд предложили учены...

Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой
Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой

После столкновения двух нейтронных звезд и&nbs...

Наноспутник будет искать нефтяные пятна и предсказывать лесные пожары
Наноспутник будет искать нефтяные пятна и предсказывать лесные пожары

Два космических аппарата Самарского университе...

В АмГУ разработали модуль для российско-белорусского спутника
В АмГУ разработали модуль для российско-белорусского спутника

Проект инженеров Амурского госуниверситета поб...

Planetary Science Journal: Большое красное пятно Юпитера меняется в размерах
Planetary Science Journal: Большое красное пятно Юпитера меняется в размерах

С помощью телескопа Хаббл астрономы наблюдали ...

DPS56: На экзопланеты полезно взглянуть под другим углом
DPS56: На экзопланеты полезно взглянуть под другим углом

Астрономы сравнили чёткие снимки Урана от ...

MNRAS: Открыта самая удаленная вращающаяся дисковая галактика
MNRAS: Открыта самая удаленная вращающаяся дисковая галактика

С помощью телескопа ALMA ученые обнаружили отд...

Nature Astronomy: Открытие помогает понять, как возникла Солнечная система
Nature Astronomy: Открытие помогает понять, как возникла Солнечная система

Астрономы обнаружили новые детали газовых пото...

Science: Ученые создают глобальные карты коронального магнитного поля
Science: Ученые создают глобальные карты коронального магнитного поля

Учёные впервые проводили практически ежедневны...

A&A: Ученые обнаружили планету на орбите ближайшей к нашему Солнцу звезды
A&A: Ученые обнаружили планету на орбите ближайшей к нашему Солнцу звезды

С помощью Очень большого телескопа Европейской...

Nature Astronomy: Поверхность Цереры состоит изо льда более чем на 90%
Nature Astronomy: Поверхность Цереры состоит изо льда более чем на 90%

С 1801 года, когда Джузеппе Пиацци открыл перв...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Свершилось: российские ученые нашли у шерстистого носорога горб
Свершилось: российские ученые нашли у шерстистого носорога горб
В СибГМУ создали препарат для таргетной терапии рака
В СибГМУ создали препарат для таргетной терапии рака
Science: Создана революционная технология, которая переписывает ДНК
Science: Создана революционная технология, которая переписывает ДНК
В БелГУ создали биокомпозицию из гипса, которая защищает растения от плесени
В БелГУ создали биокомпозицию из гипса, которая защищает растения от плесени
В Университете Лобачевского создали метод защиты коров от стресса
В Университете Лобачевского создали метод защиты коров от стресса
Small: В природе все может двигаться синхронно — даже бактерии
Small: В природе все может двигаться синхронно — даже бактерии
Journal of Raptor Research: Грифов-индеек в США нечаянно травят крысиным ядом
Journal of Raptor Research: Грифов-индеек в США нечаянно травят крысиным ядом
Biology Letters: Голодные мучные черви поглощают микропластик и набирают вес
Biology Letters: Голодные мучные черви поглощают микропластик и набирают вес
Journal of Controlled Release: С ПВА лечение рака обязательно склеится
Journal of Controlled Release: С ПВА лечение рака обязательно склеится
Antiquity: Раскопки выявили отказ от института власти в Древнем Ираке
Antiquity: Раскопки выявили отказ от института власти в Древнем Ираке
PLOS Biology: В торфяных болотах найдены грибы, способные остановить туберкулез
PLOS Biology: В торфяных болотах найдены грибы, способные остановить туберкулез
Physical Review Letters: Разгадана тайна механизма выброса рентгеновских лучей
Physical Review Letters: Разгадана тайна механизма выброса рентгеновских лучей
Новая карта Вселенной использует гравитационные волны для поиска черных дыр
Новая карта Вселенной использует гравитационные волны для поиска черных дыр
В СибГМУ снарядили против рака магнитные наночастицы
В СибГМУ снарядили против рака магнитные наночастицы
Environmental Archaeology: Древние агроэкосистемы спасут сельское хозяйство
Environmental Archaeology: Древние агроэкосистемы спасут сельское хозяйство

Новости компаний, релизы

Ученые Межвузовского кампуса выиграли гранты Российского научного фонда
В Архангельске ведется подготовка к строительству кампуса «Арктическая звезда»
Рустам Минниханов высоко оценил партнерство КНИТУ-КАИ и «Росатома»
Синергия Межвузовского кампуса ускорила патентование сырьевой смеси для строительной 3D-печати
Благодаря нацпроекту участники Фестиваля Наука 0+ посетили Центр вирусологии «Вектор»