Телескоп «Джеймс Уэбб» в конце 2022 году сделал удивительное открытие, выявив аномально развитые галактики в ранней Вселенной. Эти галактики уже содержали значительное количество звезд и имели сложную структуру. А в мае 2024 года Уэбб заглянул еще дальше в космос и нашел сразу две ранние галактики. Обе возникли примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва.
Обнаруженные объекты значительно превышают по массе и зрелости те, что предполагались учеными для этого периода космической истории. Это открытие ставит под сомнение нынешние модели формирования и эволюции галактик. Телескоп продемонстрировал свою уникальную способность раскрывать тайны Вселенной, отодвигая границы наших знаний.
Владимир Сурдин
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга, доцент физического факультета МГУ
Что должен был обнаружить Джеймс Уэбб и что обнаружил на самом деле
Третий год на орбите недалеко от Земли, в полутора миллионах километров, работает лучший на сегодняшний день космический телескоп «Джеймс Уэбб». Это действительно самый сильный инструмент, задача которого — заглянуть как можно глубже в космическое пространство, а значит — увидеть далекое прошлое Вселенной.
Чем дальше галактика, тем дальше от нее идет свет, получается, в подобный телескоп мы видим то, что происходило миллионы лет назад.
Задача этого телескопа удивительна.
Джеймс Уэбб должен был найти границу Темной эпохи Вселенной. Такая эпоха обязана была быть: по прошествии примерно 400 000 лет с Большого взрыва вещество Вселенной остыло настолько, что перестало излучать свет.
Оно все еще было плотным и однородным, почти одинаковым во всех направлениях. А сегодня мы видим Вселенную, разбитую на звезды, планеты, галактики, а между ними почти пустота.
Значит, был этап в жизни нашей Вселенной, когда вещество собиралось в комки. Причиной этого была гравитационная неустойчивость. Там, где чуть-чуть повысилась плотность вещества, эта область начинала притягивать к себе соседний газ и становиться еще плотнее. А по соседству с ней, наоборот, вещество становилось более разреженным. И, таким образом, Вселенная постепенно собрала вещество в комочки, которые затем стали звездами и галактиками. Так пространство разбилось на части — кончилась эпоха однородной горячей Вселенной.
Затем — длительный этап холодного, почти однородного существования вещества. И в какой то момент родились звезды — они вновь осветили Вселенную. Важно было понять, была ли Темная эпоха, когда она началась и когда закончилась.
Чтобы восстановить историю Вселенной во всех деталях, телескоп им. Джеймса Уэбба заглянул туда, где должна была быть темная эпоха, и… увидел там галактики!
Отменяем Большой взрыв?
Фото: Midjourney
Было совершенно неожиданно, что по прошествии примерно 300, даже 250 миллионов лет от рождения Вселенной в ней уже были яркие звезды, собранные в галактики. Более того, в центрах этих галактик уже были гигантские черные дыры. Вообще-то, считается, что черные дыры должны были постепенно формироваться, когда умирали звезды. Поэтому начались разговоры о том, что вся современная космология никуда не годится: надо все пересмотреть, и вообще никакого Большого взрыва не было.
На самом деле теорию Большого взрыва подтверждает такое количество настолько точных наблюдений, что никогда уже отменить ее будет невозможно.
Расчеты, относящиеся к первым секундам после Большого взрыва, первым минутам и первым часам, объясняют химический состав Вселенной — много аккуратных и абсолютно надежных измерений. Так что отменить Большой взрыв невозможно. Общая картина эволюции Вселенной уже создана, и мы от нее никогда не откажемся, потому что нет альтернативы.
Однако какие то детали в ней, конечно, придется изменять. Конечно, придется настраивать эту теорию в соответствии с новыми наблюдениями, особенно сильно это касается черных дыр.
Новая теория черных дыр
Фото: Midjourney
Объяснить их рост, набор массы до миллионов солнечных масс в одной черной дыре, за такое короткое время, 200-300 миллионов лет, в рамках общепринятых концепций, видимо, не получится. Однако появилась альтернативная теория: а может быть, черные дыры уже родились такими большими? Оказывается, такой взгляд имеет право на существование. Дело в том, что, родившись как почти однородное гигантское пространство, наполненное веществом, Вселенная в каких то своих небольших частях могла притормозить расширения и остаться очень плотной в виде черных дыр.
То, что мы называем первичными черными дырами, это как бы кусочки Вселенной, которые в момент Большого взрыва не получили возможность расширяться. Все остальное расширялась, а эти маленькие кусочки оказались настолько плотными, что застыли в положении, ну, как бы в каком они были в момент Большого взрыва.
Это взгляд, который долгое время не получал фактов в свое подтверждение. Вот теперь телескоп «Джеймс Уэбб» нам эти факты подарил. Окажется ли это единственной возможностью? Или мы найдем какой-то вариант, когда все-таки черные дыры набирали массу в процессе своей эволюции, а не родились сразу гигантскими? Пока неясно. Есть разные взгляды, идет дискуссия, конкуренция научных расчетов. Мне кажется, что все таки первичных черных дыр не было: невозможно достаточно аккуратно математически пока объяснить их рождение.
В любом случае, физики и астрофизики получили замечательный новый материал, основываясь на котором, скорее всего, в ближайшее время наука, представления о развитии Вселенной получат большой рывок вперед.
Другие новости по теме...
