Jeśli wierzyć standardowemu modelowi kosmologii, wydaje się, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) znajduje wiele galaktyk, które stały się zbyt masywne zbyt szybko po Wielkim Wybuchu.
W badaniu opublikowanym w Nature Astronomy, Mike Boylan-Kolchin, profesor astronomii na University of Texas w Austin, stwierdził, że sześć z najwcześniejszych i najbardziej masywnych kandydatek na galaktyki zaobserwowanych do tej pory przez JWST stoi w sprzeczności z dominującym myśleniem w kosmologii . To dlatego, że inni badacze szacują, że każda galaktyka jest widoczna od 500 do 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a mimo to ma masę ponad 10 miliardów razy większą od masy naszego Słońca. Jedna z galaktyk wydaje się być nawet masywniejsza niż Droga Mleczna, mimo że nasza własna galaktyka miała jeszcze miliardy lat na uformowanie się i wzrost.
„Jeśli masy mają rację, to jesteśmy na niezbadanym terytorium” – powiedział Boylan-Kolchin. „Będziemy potrzebować czegoś bardzo nowego na temat formowania się galaktyk lub modyfikacji kosmologii. Jedną z najbardziej ekstremalnych możliwości jest to, że wszechświat rozszerzał się szybciej wkrótce po Wielkim Wybuchu, niż przewidujemy, co może wymagać nowych sił i cząstek”.
Aby galaktyki mogły powstawać tak szybko przy takich rozmiarach, musiałyby również przekształcać prawie 100% dostępnego gazu w gwiazdy.
„Zwykle widzimy maksymalnie 10% gazu przekształconego w gwiazdy” – powiedział Boylan-Kolchin. „Tak więc, podczas gdy 100% konwersja gazu w gwiazdy jest technicznie tuż na granicy tego, co jest teoretycznie możliwe, tak naprawdę wymagałoby to czegoś bardzo odmiennego od tego, czego oczekujemy”.
Pomimo całego zapierającego dech w piersiach podniecenia, które wywołuje, JWST postawiło astronomów przed niepokojącym dylematem. Jeśli masy i czas od Wielkiego Wybuchu zostaną potwierdzone dla tych galaktyk, fundamentalne zmiany w panującym modelu kosmologicznym – tak zwanym paradygmacie ciemna energia + zimna ciemna materia (ΛCDM), który kieruje kosmologią od późnych lat 90. być potrzebny. Jeśli istnieją inne, szybsze sposoby formowania galaktyk, niż pozwala na to ΛCDM, lub jeśli we wczesnym Wszechświecie faktycznie dostępnych było więcej materii do formowania gwiazd i galaktyk, niż wcześniej sądzono, astronomowie musieliby zmienić dominujące myślenie.
Czasy i masy sześciu galaktyk są wstępnymi szacunkami i będą wymagały dalszego potwierdzenia za pomocą spektroskopii – metody, która dzieli światło na widmo i analizuje jasność różnych kolorów. Taka analiza może sugerować, że centralne supermasywne czarne dziury, które mogą podgrzewać otaczający gaz, mogą powodować, że galaktyki stają się jaśniejsze, przez co wyglądają na masywniejsze niż są w rzeczywistości. A może galaktyki są faktycznie widoczne w czasie znacznie późniejszym niż pierwotnie szacowano z powodu pyłu, który powoduje, że kolor światła z galaktyki zmienia się na bardziej czerwony, dając złudzenie, że znajduje się więcej lat świetlnych stąd, a tym samym cofa się w czasie.
Dane galaktyk pochodzą z Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), wieloinstytucjonalnej inicjatywy JWST kierowanej przez astronoma z UT Austin, Stevena Finkelsteina.
Inny trwający wspólny projekt JWST, COSMOS-Web, współprowadzony przez Caitlin Casey z UT Austin, może być zaangażowany w spektroskopię i rzuca więcej światła na odkrycia, aby pomóc rozwiązać dylemat. COSMOS-Web obejmuje obszar około 50 razy większy niż CEERS i oczekuje się, że odkryje tysiące galaktyk.
„Będzie idealny do odkrywania najrzadszych, najbardziej masywnych galaktyk we wczesnych czasach, co powie nam, w jaki sposób największe galaktyki i czarne dziury we wczesnym Wszechświecie powstały tak szybko” – powiedział Boylan-Kolchin.
Wstępne odkrycie i szacunki mas i przesunięć ku czerwieni sześciu kandydatów na galaktyki zostały opublikowane w Nature w lutym przez zespół kierowany przez Swinburne University of Technology w Australii.
Badania te są wspierane przez National Science Foundation i NASA.