Астрономи помітили щось загадкове на початку часів

 Монстри ховаються на задньому плані зображень космічного телескопа Джеймса Вебба. Вчені намагаються розібратися в них.

Космічний телескоп Джеймса Вебба може створювати зображення "глибокого поля зору", що розкривають історію космосу. (Фото: artifactsaf.blogspot.com)

Незабаром після того, як у 2022 році було запущено космічний телескоп Джеймса Вебба, у астрономів відвисла щелепа. «Я пам'ятаю, як подумав: «Цього просто не може бути!» — каже Майк Бойлан-Колчин, астроном Техаського університету в Остіні. Спостереження, про які він говорить, нам з вами здадуться маленькими розмитими червоними плямами серед інших плям і плям. Але, на його думку, вони являли собою потенційний виклик тієї історії, яку вчені старанно створювали про роки становлення нашого Всесвіту. , повного газу, в наповнений світлом Всесвіт, населений зірками та галактиками. Це епоха, яка заклала основу для всього майбутнього — включаючи нашу Сонячну систему, а також нас з вами. раніше не бачили, пишуть Артефакти.

І якщо спостереження вірні, подумав Бойлан-Колчин, "все, що ми знаємо про космологію, на якомусь рівні невірно". Космологія — це вивчення того, як наш Всесвіт розвивався з найдавніших часів. Таким чином, можливість помилитися в цьому «була досить неприємною», каже він. Бойлан-Колчин був схвильований, але не самотній у своїх думках. "Я навіть не можу уявити, наскільки приголомшливими були дані JWST [космічного телескопа Джеймса Вебба] минулого року", - говорить Кейтлін Кейсі, також астроном з UT в Остіні. "Ми бачили всілякі дикі, дикі речі в ранньому Всесвіті".

Я розмовляв з декількома астрономами про ці відкриття, і не всі згодні з тим, що вони приведуть до повного переписування історії часу. Принаймні, доки не буде проведено більше спостережень і не буде проведена додаткова додаткова робота. Але більшість погодилася, що тут є чому повчитися. І саме такі моменти в науці, коли спостереження не збігаються з прогнозами, є захоплюючими. Вони часто відкривають шлях до фундаментальних нових відкриттів. І чим незрозуміліше, тим вони цікавіші. Ми вже стикалися з цими захоплюючими розділами в науці. У 1960-х і 70-х роках, коли Віра Рубін спостерігала галактики, що обертаються з несподіваною швидкістю, це відчинило двері для «відкриття» темної матерії — надзвичайно важливої, глибоко загадкової речовини, яка складає 85 відсотків усієї матерії та діє як будівельні риштування. Всесвіту. І потім несподіване спостереження на орбіті Меркурія в 19 столітті міг бути розкрито лише тоді, коли Альберт Ейнштейн переосмислив наше розуміння гравітації в 20 столітті. Ці моменти "це не може бути правильним!" часто приводять вчених до розкриття більш глибоких істин або розкриття нових, незвіданих глибин їхнього колективного невігластва. , що працює у рамках стипендії НАСА. "Незважаючи на це, це монументально, тому що я ніколи не бачив, щоб так багато людей з різних областей астрономії виявляли турботу". Так що вистачить дражнити! Що спостерігали астрономи, через що у них відвисли щелепи? JWST виявив галактики, які, на думку вчених, не повинні існувати. вершинах гір та у віддалених пустелях, щоб безперешкодно бачити небо. Але атмосфера Землі, як і раніше, псує вигляд. Космос — це «вища гірська вершина», як пояснює НАСА. JWST був запущений у грудні 2021 року як наступник космічного телескопа Хаббла і багато в чому вдосконалює свого попередника. Наприклад, завдяки своїм величезним золотим дзеркалам і інфрачервоним камерам він може краще спостерігати за планетами, що обертаються навколо зірок, відмінних від нашого Сонця. об'єкт знаходиться в дзеркалі телескопа, тим він старший, оскільки світові потрібен час, щоб подолати такі великі відстані. Деякі зі світлових знімків, отриманих JWST, майже так само старі, як сам Всесвіт: вони датуються 100–250 мільйонами років після Великого вибуху — щодо молодих днів нашого Всесвіту, вік якого, як вважають, становить 13,77 мільярда років. Це світло знаходиться так далеко, що пройшов шлях, рівний віку Всесвіту, щоб досягти нас.Таким чином, коли JWST фокусує свої дзерка ла на певній ділянці неба, він може бачити крізь час. Найдальші об'єкти на зображенні є найстарішими. Ті, що на передньому плані, є більш актуальними. Зображення, що містять цю багату історію, називаються спостереженнями "глибокого поля". І хоча вони здаються нам у двох вимірах, у них вчені можуть побачити, як розвивався Всесвіт. 

До JWST космічний телескоп "Хаббл" дозволив людству глибше зазирнути в еволюцію космосу. І на знімках Хаббла вчені побачили закономірність. У міру того, як вони заглядали в минуле, галактик ставало все менше і менше, і вони все менше і менше.

Це має інтуїтивне значення. Точно так само, як скам'янілості в найстаріших шарах земної кори є більш примітивними формами життя, найстаріші галактики на зображеннях глибокого поля повинні бути більш примітивними галактиками. І вони відрізняються від сучасних галактик тим, що вони мали найкоротший час на складання. Вони були підлітками в порівнянні з сьогоднішніми великими дорослими галактиками. Коли JWST з'явився в мережі, астрономи захотіли глибше зазирнути в минуле. Вони думали, що картина зображень Хаббла буде продовжуватися. «Ми думали, що, можливо, побачимо ще пару далеких галактик, але вони будуть дуже рідкісними», — каже Кейсі. «Ми дійсно не думали, що там так багато відбувається». Але це не те, що вони бачили. .Хоча галактики здаються нашим очам розмитими краплями, вчені можуть вивчати якість вихідного від них світла і робити висновки про їх розмір і вік. "Ми виявили дійсно зрілі, великі і яскраві галактики, розташовані навіть далі, ніж ми очікували", - говорить Кейсі. Продовжуючи метафору скам'янілостей, це було б схоже на виявлення свідчень існування розвинених форм життя в шарах Землі, коли життя мало тільки зароджуватися. І ми гадки не мали, що це відбувається». Гаразд, ви можете подумати, і що? Ще на початку часів у нас були великі, яскраві та численні галактики. Можливо, несподівано, але це не порушує закони фізики, вірно? Ну, проблема в часі. "Ми дійсно починаємо стикатися з віком самого Всесвіту", - говорить Кейсі. «У них було дуже, дуже мало часу, щоб зібратися». Це якби ви гортали сімейний фотоальбом і усвідомили, що ваша бабуся всього за пару місяців виросла з немовляти у доросле життя. 

Таке відкриття може змусити вас замислитися, чи ми не втрачаємо значної частини розуміння людського розвитку. Або якимось чином темпи людського розвитку в минулому працювали по-іншому. Якщо ці галактики містять кількість зірок, передбачуване цими ранніми спостереженнями, їхнє існування має бути практично неможливим. зірки, чого ви взагалі ніколи не побачите ніде у Всесвіті». Таким чином, навіть у галактиках, у яких дійсно інтенсивно утворюються зірки, ми бачимо більше газу, ніж зірок». Газ завжди залишається в процесі формування з нього зірок. Іншими словами, ще простіше: ці спостереження JWST, на перший погляд, не мають сенсу. Що ж таке відбувається? Отже… чим же пояснюються ці яскраві, великі галактики? Хоча більшість астрономів, з якими я розмовляв, заявили, що, на їхню думку, у цих галактиках дійсно є щось дивне, слід застерегти: ще рано, і необхідно провести додаткові спостереження, щоб підтвердити їхній вік і розмір. думаю, у нас поки що недостатньо даних», — каже Крістіна Вільямс, астроном із NOIRLab. «Ми повинні пам'ятати, що обсяг даних, отриманих JWST, насправді зараз досліджує лише найдрібнішу частину Всесвіту. У нас є дуже маленькі ділянки неба, на які ми дивилися».(Є ще кілька джерел невизначеності, додає Вільямс. Перший полягає в тому, що маса та вік багатьох галактик все ще потребують підтвердження за допомогою більш великих подальших досліджень. По-друге , Вільямс також сказав мені, що можливо, що деякі з учених, які займаються формулами, все ще потребують перевірки: "Зірки в ранньому Всесвіті були іншими, ніж сьогодні", - каже вона. - Наприклад, у них було менше важких металів). Деяке хвилювання навколо цих галактик може з часом затихнути. Але якщо вони підтвердяться, вченим доведеться з'ясувати, чому вони там.стей: від невеликих змін у нашому розумінні до, як їх називає Бойлан-Колчин, «найбільш руйнівних» варіантів. або Всесвіту. Варіант 1. Можливо, що зірки і галактики просто сформувалися по-іншому і, можливо, більш ефективно, раніше у Всесвіті. «Якщо подумати про ранній Всесвіт, то це дійсно темне місце порівняно з тим, де ми живемо зараз — пояснює Кейсі. Просто зірок та галактик було менше. «І це світло насправді отрути про те, як зірки формуються з нових газових хмар. Іноді тому стає складніше формувати зірки. У ранньому Всесвіті ці прожектори не горіли, і тому зірки могли утворюватися дуже, дуже швидко — але сьогодні це неможливо, тому що прямо зараз прожектори включені». Ідея полягає в тому, що зіркове світло саме собою перешкоджає розвитку інших зірок. «Можливо, — каже Бойлан-Колчин, — що уповільнення зіркоутворення не відбувалося у ранньому Всесвіті». Що згодом призвело до появи цих масивних галактик. Але, як саме, вчені не впевнені. Цей варіант, за його словами, «був би несподіваним, але не зажадав би фундаментального перегляду всього, що ми знаємо про формування галактик і космології». Другий варіант: що, якщо не зірки роблять ці галактики такими яскравими? з пантелику», — каже Кейсі. Замість величезної маси зірок «можливо, ми спостерігаємо одні з наймасивніших, надмасивних чорних дірок». Це збиває з пантелику, тому що так, JWST все ще спостерігає за галактиками. "Але є ситуація, коли світло може виходити не від зірок", - пояснює Кейсі. «І альтернативний варіант полягає в тому, що світло походить від дуже гарячого диска матеріалу, який засмоктується в гігантську чорну діру. І цей диск матеріалу настільки гарячий, що світиться дуже яскраво. У деяких ситуаціях він може навіть затьмарити галактику, в якій живе. Це пояснення вирішує деякі проблеми. Якщо припустити, що вся маса галактик обумовлена чорними дірками, «ви отримаєте набагато розумніші зіркові маси, які не руйнують Всесвіт», — каже Ламбрідес. Вам не потрібно враховувати напрочуд ефективне створення зірок. Але це рішення підступно відкриває двері для інших неприємних питань, які можуть іншим чином порушити наше розуміння Всесвіту. Їхнє питання: якого чорта в ранньому Всесвіті так багато надмасивних чорних дір? Вчені знають, що надмасивні чорні дірки відіграють певну роль розвитку галактик. Але якщо ці спостереження JWST представляють чорні дірки, «це розбиває наші оцінки того, скільки потужних, масивних і надмасивних чорних дірок наразі має існувати поза водою», — каже Ламбрідес. «Ми не знаємо, як чорні дірки так швидко стали такими масивними». Знову ж таки, основна проблема тут у тому, що спостереження не відповідають очікуванням. Це змушує вчених думати, що вони чогось упускають у своєму розумінні Всесвіту — чогось потенційно дуже великого. частина розповіді про створення Всесвіту, який ми бачимо його сьогодні. Вони беруть це зображення і, використовуючи свої знання про властивості Всесвіту (гравітація, електромагнетизм), розповідають історію про те, як Всесвіт став виглядати так, як він виглядає сьогодні. Вчені знають, що історія неповна. Величезні її частини - такі як темна матерія (загадкова форма матерії, яка, здається, утримує галактики разом) і темна енергія (ще загадковіша сила, що лежить в основі прискорення розширення Всесвіту) - досі до кінця не вивчені. Але, можливо, ця історія також неповна в тому сенсі, що вони раніше не розглядали. Це найрадикальніший варіант. «Дуже важко очікувати на повний перегляд нашої картини космології, тому що вона настільки успішна в багатьох відношеннях», — каже Бойлан-Колчин. Навіть їх неповна історія може багато в чому пояснити, чому Всесвіт виглядає саме так, як сьогодні. Нові спостереження JWST можуть бути вирішені шляхом налаштування космологічної моделі. Деякі з цих змін можуть зрештою змінити оцінку віку Всесвіту. Можливо, темна матерія і темна енергія складніше, ніж припускали вчені раніше. «Всі ці [варіанти] до певної міри руйнівні», — каже Бойлан-Колчин. він. 

Чому важливо, чи зрозуміють вчені, який це варіант? 

Знайти своє місце - значить простежити історію космосу. «Якщо світ довкола нас залежить від того, що потрібно, щоб потрапити в цей світ, нам потрібно вивчити цей шлях», —каже Ламбрідес. «Чому Земля? Чому Чумацький Шлях? Чому Сонячна система? …Багато з цього сягає корінням у самий початок Всесвіту». Це схоже на те, ніби людей помістили в коробку-головоломку Всесвіту. І чим глибше ми вдивляємося в це, тим заплутанішим це часто стає. Потрібні набагато ретельніші спостереження за цими галактиками, щоб звузити можливості і з'ясувати, чому вони такі божевільні. І хороша новина в тому, що для цього ще буде час: очікується, що JWST буде залишатися онлайн протягом 20 років. Це чисте питання хворе дослідженнями. «Уявіть собі диво першої людини, яка ступила на Антарктиду і побачила там пінгвінів», — каже Рохан Найду, фізик Массачусетського технологічного інституту. «Це схоже на атмосферу, яка відбувається зараз». Ми тільки починаємо спостерігати цю епоху часу, яка, знову ж таки, раніше була для нас затемнена. "Щоб запустити цей телескоп, знадобилися тисячі людей", - каже Ламбрідес. «І я думаю, що будуть потрібні тисячі людей, щоб зрозуміти дані, отримані в результаті цього. Ми маємо куди рухатися».