Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил далекие галактики, которые кажутся слишком массивным для ранней Вселенной, бросая вызов стандартной космологической модели. К такому выводу пришел астроном Майкл Бойлан-Колчин (Michael Boylan-Kolchin) из Университета штата Техас в Остине. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Бойлан-Колчин проанализировал данные ERO (Early Release Observations), полученные JWST и опубликованные 13 июля 2022 года. Поле ERO включает относительно близкое скопление галактик SMACS 0723-73, которое служит гравитационной линзой, увеличивающей яркость от более далеких объектов. Тогда на заднем плане было обнаружено множество кандидатов в галактики с очень большим красным смещением, вплоть до z=11, что соответствует возрасту Вселенной, равному около 423 миллиона лет после Большого взрыва.
Как показано в новой работе, некоторые из галактик-кандидатов обладают неожиданно большой звездной массой, что расходится с предсказаниями стандартной космологической модели ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), которая предполагает, что кроме обычного барионного вещества во Вселенной существует темная материя и темная энергия. Темная материя, которая оказывает гравитационное влияние на обычное вещество, образует гало, которое окружает диск галактики и простирается далеко за его пределы. Таким образом, согласно ΛCDM, звездная масса галактики ограничена доступным резервуаром барионного вещества, притянутого в гало на данном этапе истории Вселенной.
Основываясь на ΛCDM, Бойлан-Колчин предсказал, какая доля атомов во Вселенной содержится в галактиках с определенной массой звезд. При этом некоторые галатики-кандидаты с красными смещениями z=7,5 и z=9,1 конвертировали в звездную массу слишком высокую долю доступных атомов, чем предсказывает стандартная космологическая модель. Вместо лимита в 10 процентов атомов галактики конвертировали почти 100 процентов доступных в гало атомов в звезды.
По словам автора, если аномально высокая масса галактик будет подтверждена спектроскопическими наблюдениями, то это станет серьезным вызовом для ΛCDM, поскольку результат подразумевает существование большего резервуара коллапсирующих барионов, чем это возможно в модели. Однако возможны и альтернативные объяснения, например, влияние сверхмассивных черных дыр, которые нагревают окружающий газ и делают галактики яркими, или то, что галактики на самом деле находятся гораздо ближе, а их свет проходит через облака пыли, в результате чего они выглядят более красными, чем есть на самом деле.