В ранней Вселенной обнаружили неожиданно старые звезды

Астрономы изучили три странных ярких объекта из тех времен, когда с Большого взрыва прошло лишь 600-800 миллионов лет. Они думали, что необычное излучение этих объектов объясняется облаками пыли, а оказалось, что это галактики, плотно наполненные старыми звездами.

В окрестностях центра самых массивных галактик современной Вселенной летают звезды возрастом около 13 миллиардов лет. У этих светил наблюдается высокое содержание элементов, которые обычно образуются в очень массивных звездах и вылетают вовне в результате коллапса ядра и возникновения сверхновой. Получается, эти объекты должны были сформироваться в ходе вспышки звездообразования, когда Вселенной было меньше 1,2 миллиарда лет.

Ученым уже удалось найти потенциальных «предков» современных массивных галактик из времен, когда с Большого взрыва прошло 3,3 миллиарда лет. С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» удалось разглядеть и несколько кандидатов из времен, когда с образования Вселенной прошло лишь 1,2 миллиарда лет. Очевидно, что по крайней мере некоторые из таких скоплений звезд должны были сформироваться еще раньше.

В наблюдениях «Джеймса Уэбба» астрономы выявили несколько компактных, массивных и очень «красных» по излучению галактик из первого миллиарда лет после Большого взрыва. Проблема возникла в интерпретации их красного излучения. Его причиной может быть как популяция довольно старых звезд, которую так ищут ученые, так и межзвездная пыль, активное галактическое ядро или другие эффекты.

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters, проанализировали излучение трех таких «красных точек» и попробовали разобраться во всех возможных сценариях и моделях возникновения такого света.

Предметом изучения стали объекты RUBIES-EGS-49140, 55604 и 966323, обнаруженные в спектроскопическом обзоре RUBIES. Мы их видим такими, какими они были, когда с Большого взрыва прошло 600-800 миллионов лет (красное смещение от 6,7 до 8,4).

Изучив интенсивность их излучения на разных длинах волн, ученые пришли к выводу, что, вероятнее всего, это действительно скопления «старых» для такой молодой Вселенной звезд. Возраст светил — несколько сотен миллионов лет.

«Мы не ожидали найти старые звезды в очень молодой Вселенной. Пусть стандартные модели космологии и формирования галактик невероятно успешны, все же эти яркие объекты не так уж хорошо вписываются в принятые теории», — объяснила Бинцзе Ван (Bingjie Wang) из Университета штата Пенсильвания (США), главный автор нового исследования.

Объекты можно «вписать» в принятые космологичесие теории, если предположить очень быстрое и «эффективное» формирование скоплений звезд в первый миллиард лет после Большого взрыва. Суммарная масса звезд в этих скоплениях должна была достигать десятков миллионов солнечных масс.

Более того, в центрах некоторых из изученных объектов ученые нашли признаки наличия массивных черных дыр в сотни, а возможно даже тысячу раз массивнее типичных центральных черных дыр в галактиках аналогичной массы в современной Вселенной. Эти черные дыры представляют проблему: они могут объяснять часть видимого излучения этих объектов. Впрочем, авторы уверены в своем выводе, что основные «виновники» — все же старые звезды.

Наконец, ученых поразил размер систем — всего несколько сотен лет в диаметре. Получается, звезд там примерно столько же, сколько в Млечном Пути, но они располагаются в пространстве, которое в тысячу раз меньше размером. По словам соавтора исследования Джоэля Леджа (Joel Leja), доцента кафедры астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания (США), если нашу Галактику сжать до таких размеров, то ближайшая к Солнцу звезда была бы почти внутри нашей Солнечной системы. А сверхмассивная черная дыра в центре галактики была бы всего в 26 световых годах от нас. Мы бы видели ее окрестности в виде яркой колонны света на небе.

Звезды в этих галактиках должны были формироваться в условиях, которых нет в современной Вселенной. Через несколько миллиардов лет после Большого взрыва такие объекты перестали появляться. Нам еще предстоит узнать, почему так произошло. Ученые продолжат собирать и анализировать данные «Джеймса Уэбба», чтобы разобраться в истории формирования звезд, скоплений, галактик и сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.