Ранната Вселена беше банани

Как изглежда новородената галактика?

За най-дълго време много астрофизици и космолозите са предположили, че новородените галактики ще изглеждат като кълба и паякообразни дискове, познати в съвременната вселена.

Но според анализ на нови изображения от космическия телескоп Джеймс Уеб, малките галактики не бяха нито яйца, нито дискове. Бяха банани. Или кисели краставички, или пури, или дъски за сърф – изберете своя собствена метафора. Това е условното заключение на екип от астрономи, които преразгледаха изображения на около 4000 новородени галактики, наблюдавани от Уеб в зората на времето.

„Това е едновременно изненадващо и неочакван резултат, въпреки че вече имаше намеци за това с Хъбъл“, каза Вирадж Пандя, постдокторант в Колумбийския университет, имайки предвид космическия телескоп Хъбъл. Той е водещ автор на статия, която скоро ще бъде публикувана в Astrophysical Journal под провокативното заглавие „Galaxies Going Bananas“. Д-р Пандя трябва да изнесе доклад за работата си в сряда на среща на Американското астрономическо общество в Ню Орлиънс.

Ако резултатът е валиден, астрономите казват, че може дълбоко да промени тяхното разбиране за това как галактиките се появяват и растат. Може също така да предложи вникване в мистериозната природа на тъмната материя, неизвестна и невидима форма на материя, която според астрономите съставлява основна част от Вселената и превъзхожда атомната материя 5 към 1. Тъмната материя поглъща галактиките и осигурява гравитационните разсадници, в които възникват нови галактики.

В имейл Алън Дреслър от обсерваториите Карнеги, който не е участвал в работата на д-р Пандия, характеризира резултата като „важен – наистина мисля, че е важен – изключително важен, ако е верен.“

„Запазвам известен скептицизъм относно този резултат, като се има предвид колко трудно е да се направи подобно измерване“, добави той. „Особено за галактики, които са далеч, малки и не много ярки (говоря за галактиките).“

Dr. Екипът на Pandya анализира изображенията на галактики в част от небето, по-малка от пълна луна, известна като Extended Groth Strip, която е изследвана от много други телескопи, включително телескопа Hubble. Изображенията са получени чрез международно сътрудничество, наречено проучване на Cosmic Evolution Early Release Science или CEERS.

Екипът планира да разшири своите наблюдения към други добре проучени области на космосът. „Това ще ни позволи да идентифицираме галактики с различни 3-D форми по цялото небе“ и ще улесни така необходимите спектроскопични последващи наблюдения, пише д-р Пандя в имейл.

Галактики са градове-държави на космоса. Във видимата вселена има приблизително два трилиона от тях, всяка от които съдържа до трилион звезди. Но видимата вселена е само част от това, което е там. По-голямата част от материята в космоса изглежда е под формата на тъмна материя; каквато и да е тъмната материя, тя съставлява невидимите кости на Вселената, които виждаме.

Астрономите сега смятат, че галактиките са били засадени от случайни колебания в плътността на материята и енергията по време на Голям взрив. Докато пространството се разширяваше, по-плътните области изоставаха и тъмната материя се събираше, издърпвайки нормалната материя със себе си. Този материал в крайна сметка се събра обратно и светна като звезди и галактики или изчезна в черни дупки. Телескопът Webb е проектиран да изследва тази формираща и мистериозна ера; с гигантско огледало и инфрачервени сензори, той може да види най-отдалечените и следователно най-ранните галактики.

Dr. Pandya и неговите сътрудници изследваха триизмерните форми на галактиките чрез статистически анализ на техните двуизмерни проекции върху небето. Ако тези ранни галактики бяха топки или дискове, произволно ориентирани в пространството, те трябваше от време на време да представят пълните си лица, изглеждащи кръгли и кръгли, на телескопите.

Но астрономите не виждат много от това. Вместо това те виждат много пури и банани.

„Те постоянно изглеждат много линейни“, каза д-р Пандя, „като някои галактики показват множество ярки купчини, подредени като перли върху огърлица.”

Такива продълговати галактики са рядкост днес, но те съставляват до 80 процента от галактиките в извадката CEERS, която достига до около 500 милиона години след Големия взрив.

„Техните маси са такива, че биха били прародителите на галактики като Млечния път“, каза д-р Пандя, „което означава, че нашата собствена галактика може да са преминали през подобна морфологична фаза на пура/сърф в миналото.“

В съвременната вселена галактиките изглежда се срещат в две основни форми: кръгли облаци без черти, наречени елиптични , и плоски, паяжини дискове като нашия дом в Млечния път.

Очевидно най-ранните новородени не са започнали така. Причината, подозират астрономите, е свързана със свойствата на тъмната материя, но точно кои или как не е ясно.

Водещата теория твърди, че тъмната материя се състои от облаци екзотични субатомни частици, останали от Големия взрив. Обикновената материя, привлечена от гравитацията в тези облаци, ще кондензира и ще светне в звезди и галактики, според компютърни симулации.

В популярен вариант, наречен студена тъмна материя, тези остатъчните частици биха били тежки и бавни в сравнение с протоните, неутроните и другите, по-познати обитатели на квантовия атомен свят. Според компютърни симулации студената тъмна материя ще се сгъсти лесно, за да образува широкомащабните модели, които астрономите виждат в небето.

Идентифицирането на тези бавни, тежки частици би разтърсило света физика на елементарните частици и космология. Но досега експерименти в лаборатории като Големия адронен колайдер в CERN не са успели да открият или произведат частици студена тъмна материя. Напоследък интересът се измести към други предложени форми на тъмна материя, включително цяла галерия — „тъмен сектор“ — от „тъмни“ частици, взаимодействащи една с друга невидимо чрез „тъмни“ сили.

В тази смес са аксиони, които на теория са изключително леки и действат повече като вълни, отколкото като частици — „размита тъмна материя“ или „вълнообразна тъмна материя“ на народен език. При компютърни симулации на образуването на галактика, такива вълни могат да се намесват една в друга, създавайки възли нишковидни структури вместо кръглите форми, предвидени от студената тъмна материя.

„Да, тъмнината Връзката на материята е дразнеща“, каза д-р Пандя, добавяйки, че дяволът е в бъркотията на „гастрофизиката“, която описва как турбуленцията, горещият газ и магнитните полета си взаимодействат, за да осветяват звезди и галактики.

Джеремия Острикър, почетен професор по астрофизика в Принстън, който сега е свързан с Колумбийския университет, през последните години насочи вниманието си към размитата тъмна материя. През 1973 г. д-р Острайкър замисля идеята за тъмната материя със своя колега от Принстън Джеймс Пийбълс.

Той и други посочиха, че размитата тъмна материя ще остави своя собствен подпис върху размерите и формите на детските галактики. Поради присъщата си вълнообразност, аксионите няма да се струпват толкова ефективно, колкото студената тъмна материя, така че би било трудно за тях да произведат бебешки галактики с по-малко от един милиард слънчеви маси. Студената тъмна материя няма такова ограничение. Днешните телескопи обаче далеч не са достатъчно чувствителни, за да наблюдават такива бебета; може да са необходими ново поколение още по-големи инструменти, за да се завърши работата.

Когато д-р Острикър научи за работата на д-р Пандия, той отбеляза, че перспективите за размита тъмна материя изглеждаха все по-добре и по-добре. „Продължавайте в същия дух“, каза той.

Последвайте ни в