Астрономы десятилетиями ожидали, что чем глубже они заглядывают в прошлое Вселенной, тем больше находят крошечных, тусклых галактик. Логика была проста: чем меньше галактика, тем их должно быть больше — как в любом распределении объектов от крупных к мелким. Однако новое исследование, проведённое командой под руководством Сюхэн Ма из Университета Висконсина, ставит под сомнение эту картину. Оказывается, в ранней Вселенной таких «карликов» может быть значительно меньше, чем предсказывали модели.

Гравитационная линза Abell 2744 как космический телескоп

Чтобы заглянуть в эпоху реионизации (примерно 12–13 миллиардов лет назад), астрономы использовали массивное скопление галактик Abell 2744. Это гигантское скопление настолько тяжёлое, что искривляет пространство-время вокруг себя, создавая эффект гравитационной линзы. Свет от далёких объектов проходит через эту «линзу», растягивается и усиливается, становясь видимым для телескопов.

Данные программы JWST UNCOVER позволили команде Ма увидеть галактики из эпохи реионизации через эту естественную линзу. Именно в этот период первые звёзды и галактики заливали Вселенную ультрафиолетовым светом, ионизируя нейтральный водород и превращая космос из непрозрачного тумана в прозрачный.

Долгое время считалось, что главными «двигателями» реионизации были именно самые маленькие и тусклые галактики — они должны были быть самыми многочисленными и обеспечивать основной вклад в ультрафиолетовое излучение.

Неожиданный поворот: «подавление» на слабом конце

Команда Ма построила функцию светимости — график, показывающий, сколько галактик существует на разных уровнях яркости. Обычно такая функция растёт по мере уменьшения яркости: чем тусклее галактика, тем их больше.

Но в случае ранней Вселенной график неожиданно достиг пика и начал падать. На самых слабых уровнях яркости число галактик резко уменьшается — это явление получило название faint-end suppression («подавление на слабом конце»).

«Мы видим, что ниже определённой яркости популяция галактик начинает редеть. Их не так много, как предсказывали старые теории», — объясняют авторы.

Почему крошечные галактики исчезают

Самое вероятное объяснение — «космический буллинг». Интенсивное ультрафиолетовое излучение от первых крупных звёзд сильно нагревало окружающий газ. В маленьких галактиках с низкой массой это нагревание было настолько сильным, что они просто не могли удержать газ. Без газа — нет новых звёзд, и галактика остаётся тёмной, практически «призрачной».

Получается, что самые маленькие галактики в ранней Вселенной не смогли выжить и внести вклад в реионизацию. Основную работу сделали галактики чуть крупнее и массивнее.

Что это значит для поиска жизни и понимания Вселенной

Если крошечные галактики действительно подавлены, то картина ранней Вселенной выглядит значительно беднее, чем предполагали модели. Это может означать, что условия для сложной жизни во Вселенной встречаются ещё реже.

В ближайшие годы астрономы планируют проверить этот вывод на других скоплениях-линзах и с помощью новых данных JWST. Если тренд подтвердится, это станет важным ограничением для моделей формирования галактик и реионизации.

Вкратце

Исследование показало: в ранней Вселенной (эпоха реионизации) крошечных галактик значительно меньше, чем ожидалось. Функция светимости достигает пика и падает на слабом конце — эффект «подавления». Вероятная причина — ультрафиолетовое излучение от первых звёзд выдувало газ из маломассивных галактик, не давая им формировать новые звёзды. Это значит, что реионизацию обеспечивали галактики чуть крупнее, а Вселенная в прошлом была «пустее», чем думали. Открытие может изменить наши представления о формировании галактик и вероятности жизни во Вселенной.