Открытие новых галактик перевернуло взгляды ученых на космос

Люди уже давно раскрыли смысл и значение звезд, но только в последнее время стали понимать их скопления, которые называются галактиками и находятся на огромном удалении в глубинах космоса. Некоторые близкие из них типа Туманности Андромеды всегда были видны невооруженным глазом, напоминая плохо различимые пятна в ночном небе. Другие мерцающие объекты стали известны нам после изобретения в XVII веке телескопа, а также с началом дискуссии об их природе: что это, облака космической пыли в нашем Млечном Пути или самостоятельные "острова во Вселенной"?

И лишь в 1920-е годы человечество установило, что эти светящиеся облака являются галактиками. Случилось это, когда астроном Эдвин Хаббл (полагаясь на работы менее известного астронома Генриетты Суон Ливитт) обнаружил, что некоторые звезды находятся слишком далеко и не могут входить в Млечный Путь. И только в середине 1990-х, когда названный именем Хаббла космический телескоп заглянул во Вселенную дальше, чем когда бы то ни было, мы обнаружили там тысячи мерцающих галактик — один остров за другим в огромном космическом море.

С появлением телескопа Хаббла у астрономов возникла твердая уверенность, что они понимают галактики и способы их формирования. Но в последнее время благодаря более мощному, чем "Хаббл", космическому телескопу стало известно о новых поразительных явлениях. Космический телескоп "Джеймс Уэбб", полностью введенный в эксплуатацию прошлым летом, показал, что после Большого взрыва галактики формировались намного быстрее, чем считалось прежде, а некоторые из них обладают неожиданно большим размером и буквально кишат звездами. Эти открытия погрузили ученых в новую реальность, и в этой реальности существующие сегодня теории уже неприменимы.

Все астрономы знали, что телескоп Уэбба совершит революцию. "У нас был четкий список того, чем, по нашему мнению, нас должен был удивить телескоп Уэбба, — сказал мне ученый из университета штата Пенсильвания Джоэл Леджа (Joel Leja). — Но открытие огромных даже по космическим масштабам галактик там, где они не должны находиться? Этого в списке не было. Никто на это не рассчитывал".

Телескопы Хаббла и Уэбба стали для астрономов неким подобием машины времени. Когда обсерватории исследуют космические глубины, они купаются в звездном свете, покинувшем свой источник миллиарды и миллиарды лет назад и с тех пор перемещающемся во Вселенной. Иными словами, чтобы понять космическое начало, астрономы должны искать самые далекие галактики. До появления телескопа Уэбба ученые полагали, что эти первые галактики формировались довольно неспешными темпами. Первые звезды образовались, когда сжались и воспламенились облака водорода. Затем гравитация соединила эти древние сгустки материи и создала из них галактики.

Считалось, что весь процесс сближения и соединения различной материи в массивные космические сферы занял как минимум миллиард лет. Самые отдаленные галактики, замеченные Хабблом, оказались неожиданно яркими для космоса того времени. Это указывает на то, что созвездия там больше, чем считалось возможным ранее. Но в то время исследователи не придавали этому особого значения и не задумывались над этим. Они полагали, что телескоп Уэбба с его мощнейшим инфракрасным зрением откроет самые ранние галактики, которые не смог увидеть Хаббл, но которые существуют согласно расчетам ученых.

Ха, сказал новый как с иголочки блестящий телескоп. В первые дни его работы, когда астрономы бросили все силы на поиск самых далеких галактик, у них возникли подозрения, что их данные ошибочны. Древние галактики оказались просто слишком большими и слишком яркими. Приборы Уэбба вскоре перенастроили, и они показали, что некоторые измерения были неточными, то есть часть галактик кажется более далекой, чем есть на самом деле. Поэтому некоторые оценки были пересмотрены. Но общая картина осталась без перемен. Почему-то ранняя Вселенная была крупной, яркой и испускающей мощный свет. "Объекты, которые мы находим, такие же, как и Млечный Путь, или даже больше, что поразительно", — отметил Леджа, опубликовавший научную работу, в которой указаны шесть гигантских галактик, которые существовали уже спустя 500-700 миллионов лет после Большого взрыва. У одной из них масса может в 100 миллиардов раз превышать массу нашего Солнца. В нашей собственной галактике много миллиардов звезд, но на достижение такого размера у нее было 13 миллиардов лет.

Какое-то непродолжительное время казалось, что эта новая реальность создает угрозу основополагающим представлениям ученых о космосе в целом. Если начальная точка была такой, то, может быть, стандартная модель космологии, являющаяся нашей самой весомой теорией о происхождении и составе Вселенной, не соответствует действительности? Но сейчас астрономы считают, что эта теория не противоречит сюрпризам, которые преподнес новый телескоп. Построенные в последнее время на стандартной модели компьютерные имитации демонстрируют, что Вселенная на самом деле могла создать часть галактик, открытых телескопом Уэбба. "На первый взгляд, данные не соответствуют космологическим моделям, однако я считаю, что это не проблема космологии, а проблема наших представлений о том, как формировались галактики", — сказал Леджа.

Существует множество объяснений, каким образом у астрономов появилось ошибочное понимание. Пожалуй, первые звезды формировались гораздо более расторопно и "продуктивно", чем мы полагали, используя механизмы, о которых ученые прежде не задумывались. Астроном из Канзасского университета Эллисон Киркпатрик (Allison Kirkpatrick), исследующая эволюцию галактик, подозревает, что космическая пыль в них могла сыграть злую шутку с телескопом "Джеймс Уэбб", и звезды стали казаться старше, чем они есть на самом деле. А может быть, в те давние времена сама космическая пыль была другая. Астроном из Суинбернского технологического университета Иво Лаббе (Ivo Labbé) считает, что здесь свою роль могли сыграть черные дыры. Когда они питаются космической материей, которая светится при ее поглощении черной дырой, то становятся одними из самых ярких объектов во Вселенной. "Если закачать в черную дыру много газа, он будет светиться ярче всей галактики", — сказал мне Лаббе. Такие черные дыры могли создать впечатление, что первые галактики намного ярче и больше наполнены звездами. Но ничто из этого не опровергнет то обстоятельство, что первые острова во Вселенной не такие, как мы ожидали. Даже с учетом некоторых странных новых явлений "все там слишком большое, и появилось все это слишком быстро", сказала мне Киркпатрик.

Для изучения этих вопросов потребуются новые наблюдения с помощью телескопа Уэбба, особенно подробные измерения звездного света, известные как спектроскопия. Астрономам необходимо больше данных для подтверждения того, что открытые ими необычные галактики вполне реальны. А если они действительно такие старые и большие, как кажутся, то выяснение их состава поможет ученым понять условия их формирования. Сейчас исследователи занимаются как раз этим, а новые спектроскопические данные должны поступить этой весной. Эта работа похожа на пересмотр ценностей. Первозданный свет никогда не пользовался таким спросом. Астрономы и теоретики, то есть те, кто наблюдают за космическими чудесами и кто их объясняют, точно не знают, что они найдут к концу своей работы. "Пройдет лет пять, прежде чем мы полностью привыкнем к нашей новой Вселенной, которую открыл нам телескоп Уэбба", — сказал мне астроном Рен Сьюэсс (Wren Suess), работающий в Калифорнийском университете в Санта-Круз и в Стэнфорде.

В определенном смысле эти новые открытия добавили драматичности и даже беспокойства научной отрасли, которая была весьма устойчивой и неизменной. "Это невероятно, что Вселенная оказалась намного более странной, чем мы думали", — сказала мне ученая из Колорадского университета в Боулдере Эрика Нельсон (Erica Nelson). А с другой стороны, это просто интересно и занятно. Когда я спросила Киркпатрик, испытывает ли она напряжение из-за тех неопределенностей, которые таит ее профессия, она ликующе засмеялась. "Это же начало Вселенной! — сказала она. — На моей жизни это никак не отразится, а поэтому думать об этих вещах просто увлекательно".

Когда я беседую с астрономами об открытиях, сделанных с помощью телескопа "Джеймс Уэбб", чаще всего звучат следующие слова: "Так быть не должно". Галактики не должны быть такими, зарождение космоса не должно было быть таким. Меня это "не должно" не очень-то радует. Это намек на самонадеянность человека, пусть и с благими намерениями. Особенно это касается самых любознательных, кто хочет точно установить, как что работает и почему. Но Вселенная, разговаривая с нами через гигантский телескоп, находящийся в миллионах километрах от Земли, объясняет нам: это так, а не иначе. И так было всегда. А мы просто только сейчас начинаем узнавать об этих чудесах.

Автор: Марина Корен (Marina Koren)