Один из ключевых выводов современной космологии — ранняя Вселенная должна быть заполнена огромным числом маленьких, тусклых галактик, гораздо меньших, чем крупные спиральные или эллиптические системы вроде Млечного Пути. Однако новые наблюдения с использованием телескопа James Webb и эффекта гравитационного линзирования показывают, что этих малых галактик в ранней Вселенной намного меньше, чем предсказывают стандартные теоретические модели. Это несоответствие может изменить наше понимание того, как развивались первые звёзды и галактики, и какой вклад малые галактики вносили в ключевые этапы истории Вселенной.
Почему астрономы ожидали много мелких галактик
В рамках стандартной космологической модели ΛCDM (лямбда-холодная тёмная материя) Вселенная формировалась иерархическим образом: сначала образовывались мелкие скопления тёмной материи, которые затем служили «затравками» для накопления газа и формирования звёзд, постепенно объединяясь в более крупные структуры. Эти небольшие структуры должны были стать карликовыми галактиками, намного численнее крупных. Подобный подход успешно описал многие аспекты крупномасштабной структуры Вселенной.
Аналогичный эффект известен в так называемой проблеме «отсутствующих карликовых галактик» (missing satellites problem), когда симуляции предсказывали сотни спутниковых галактик у галактик вроде Млечного Пути, а наблюдений было существенно меньше. В 2024 г. часть этих спутников удалось обнаружить, что несколько скорректировало ситуацию, но остается множество нюансов.
Новое исследование — меньше галактик, чем ожидалось
Работа, опубликованная в начале 2026 года командой учёных под руководством Xuheng Ma (Университет Висконсина), анализировала данные из программы UNCOVER, основанной на наблюдениях James Webb Space Telescope (JWST) и усиленных эффектом гравитационного линзирования массивной галактической скопления Abell 2744. С помощью линзирования астрономы смогли «увеличить» тусклые удалённые объекты и исследовать самые слабые галактики во Вселенной примерно через 12–13 млрд лет после Большого взрыва.
Результат оказался неожиданным: число тусклых галактик существенно падает ниже определённой яркости — явление, названное faint-end suppression (подавление на слабом конце светимости). Другими словами, сверхмелкие галактики примерно того размера и яркости, которые должны были быть обычными, не находят — их намного меньше, чем предсказывается большинством моделей.
Возможные причины нехватки малых галактик
Ученые рассматривают несколько возможных объяснений, почему эти крошечные галактики не видны в нужном количестве:
1. Потеря газа и подавление звездообразования
Интенсивное излучение первых массивных звёзд в ранней Вселенной могло стерилизовать окружающий газ, препятствуя ему охлаждаться и образовывать звёзды. Это особенно важно для малых галактик, чья гравитация слабее, и поэтому они могли терять газ быстрее или вовсе не удерживать его. В результате многие из этих объектов не смогли сформировать крупные скопления звёзд и оказались слишком тусклыми для обнаружения.
2. Сложности с моделями линзирования
Результаты наблюдений сильно зависят от моделей гравитационного линзирования. Линзирование помогает «увеличивать» самые тусклые и удалённые объекты, но при этом требует точных моделей массы центра линзы (скопления Abell 2744). Любые ошибки в этих моделях могут изменить оцениваемое число маленьких галактик.
3. Ограничения наблюдений и пространственная чувствительность
Даже современные телескопы, включая JWST, имеют ограниченную чувствительность и обзор. Возможно, некоторые очень тусклые галактики всё ещё остаются вне зоны обнаружения, либо слишком слабые, чтобы быть идентифицированными над фоном. Дальнейшие исследования и более глубокие наблюдения помогут уточнить эти оценки.
Последствия для космологии
Если меньшие галактики действительно реже, чем предсказывают теории, это может иметь важные следствия для нашей картины ранней Вселенной:
- Роль галактик в эпоху реионезации: ранее считалось, что именно многочисленные мелкие галактики могли быть основными источниками ультрафиолетового излучения, которое привело к реионезации — переходу межгалактического водорода из нейтрального в ионизованное состояние. Теперь возможно, что эта роль была на деле разделена между более крупными галактиками.
- Переосмысление стандартной модели: подавление мелких галактик может означать необходимость корректировки или уточнения существующих моделей формирования структур в ранней Вселенной, включая взаимодействие тёмной материи, окружающего газа и излучения.
Будущие наблюдения и задачи
Следующим этапом работы астрономов станет:
- расширение выборки областей глубокого поля с JWST,
- повышение точности моделей гравитационного линзирования,
- использование будущих наблюдений с Vera C. Rubin Observatory и других телескопов для поиска даже более тусклых объектов,
- сопоставление статистики малых галактик в разных направлениях и на различных расстояниях.
Эти шаги помогут уточнить истинное количество самых слабых галактик, понять их вклад в раннюю эволюцию космоса и проверить устойчивость космологических моделей.
Заключение
Современные данные указывают, что Вселенной «не хватает» крошечных тусклых галактик, количество которых должно было быть крайне велико согласно теории. Новые наблюдения с помощью JWST и гравитационного линзирования обнаруживают резкое подавление числа таких объектов в ранней Вселенной. Это открытие ставит перед космологами задачу пересмотреть роль малых галактик в истории Вселенной и уточнить влияние раннего излучения и физических процессов внутри галактик малого масштаба на формирование звёздных населений.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
