Opdagelsen af ​​uventede ultramassive galakser omskriver muligvis ikke kosmologien, men efterlader stadig spørgsmål

Lige siden James Webb Space Telescope (JWST) fangede sit første glimt af det tidlige univers, er astronomer blevet overrasket over tilstedeværelsen af, hvad der ser ud til at være mere "ultramassive" galakser end forventet. Baseret på den mest accepterede kosmologiske model burde de ikke have været i stand til at udvikle sig før meget senere i universets historie, hvilket ansporede påstande om, at modellen skal ændres.

Dette ville ødelægge årtiers etableret videnskab.

"Udviklingen af ​​objekter i universet er hierarkisk. Du starter i det små og bliver større og større," sagde Julian Muñoz, en assisterende professor i astronomi ved University of Texas i Austin og medforfatter til et nyligt papir offentliggjort i Physical Review Letters der tester ændringer af den kosmologiske model. Undersøgelsen konkluderer, at det ikke er nødvendigt at revidere den standard kosmologiske model. Men astronomer skal muligvis gense, hvad de forstår om, hvordan de første galakser dannedes og udviklede sig.

Kosmologi studerer oprindelsen, udviklingen og strukturen af ​​vores univers, fra Big Bang til i dag. Den mest almindeligt accepterede model for kosmologi kaldes Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM)-modellen eller den "standard kosmologiske model." Selvom modellen er meget velinformeret, er meget om det tidlige univers forblevet teoretisk, fordi astronomer ikke kunne observere det fuldstændigt, hvis overhovedet.

Hubble-rumteleskopet blev lanceret i 1990 og var afgørende for udviklingen og raffineringen af ​​den kosmologiske standardmodel. Den observerer universet i ultraviolette, synlige og nogle nær-infrarøde bølgelængder af lys. Dette gør det dog bedre til at se nogle ting end andre. For eksempel er Hubble godt rustet til at se mindre galakser, der ofte indeholder højere populationer af unge, ultraviolet-emitterende stjerner og mindre støv, der har tendens til at absorbere kortere bølgelængder.

JWST blev lanceret i slutningen af ​​2021 og er et vigtigt supplement til Hubbles muligheder. Ved at observere i de nær- og midinfrarøde bølgelængder kan JWST detektere objekter, der er usynlige for Hubble.

"Vi åbner et vindue til det ukendte," sagde Muñoz. "Vi er nu i stand til at teste vores teorier om universet, hvor vi ikke har været i stand til det før."

Kort efter Big Bang var tingene ikke helt ensartede. Små variationer i tæthed havde en afgørende indflydelse på universets fremtidige struktur og udvikling. Regioner med større tæthed tiltrak mere stof på grund af tyngdekraften, hvilket i sidste ende førte til dannelsen af ​​større og større strukturer.

For at blive så store så hurtigt ville de ultramassive galakser observeret af JWST i teorien kun være mulige, hvis flere af disse områder med højere tæthed havde udviklet sig lige efter Big Bang. Dette ville kræve at ændre den standard kosmologiske model.

Muñoz og hans team testede denne hypotese.

De valgte en række kosmisk tid, som både JWST- og Hubble-observationer er tilgængelige for. Inden for dette område identificerede de de mest massive galakser, der var tilgængelige i JWST-dataene, og beregnede mængden af ​​ændring af universets tidlige tæthed, som ville være nødvendig for at de kunne dannes.

De beregnede også, hvor mange mindre galakser, der ville være resultatet af denne hypotetiske ændring. Disse yderligere mindre galakser ville være blevet observeret af Hubble.

"Men det er ikke det, vi ser," forklarede Muñoz. "Du kan ikke ændre kosmologi nok til at forklare dette overflodsproblem, da Hubbles observationer også ville blive påvirket."

Så hvorfor finder JWST så mange ultramassive galakser? En mulighed er, at de indeholder supermassive sorte huller. Disse sorte huller ville opvarme nærliggende gas, hvilket får galakserne til at se lysere ud og derfor mere massive, end de i virkeligheden er. Eller galakserne er måske slet ikke i det tidlige univers, men de ser ud som om de er, fordi støv får deres farve til at se rødere ud, end den ellers ville. Dette skift ville få galakserne til at virke længere væk, end de er.

Ud over Muñoz er undersøgelsens forfattere Nashwan Sabti og Marc Kamionkowski fra Johns Hopkins University.

Flere oplysninger: Nashwan Sabti et al., Insights from HST into Ultramassive Galaxies and Early-Universe Cosmology, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061002. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af University of Texas i Austin