Впервые в моделях формирования первых галактик астрономы учли поведение и скорости потоков «обычной» и темной материи. Оказалось, сперва их взаимодействия тормозят формирование звезд, зато потом провоцируют яркую вспышку звездообразования в ранних карликовых галактиках.
Квинтет Стефана — группа галактик в созвездии Пегаса. На самом деле они не расположены настолько близко друг к другу. Подобные настоящие скопления ищет «Джеймс Уэбб» в молодой Вселенной / © NASA
Галактики небольшой массы — до миллиарда солнечных масс — более заметно поддаются гравитационному влиянию как обычной, так и темной материи. Темной называют такую материю, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, но чье гравитационное влияние заметно в движении галактик.
Согласно стандартной космологической модели эти галактики периода «космического рассвета» сформировались из первичных флуктуаций в плотности барионного, то есть «обычного», вещества. Важно, что на эти перепады в плотности оказывали влияние гораздо более значительные на тот момент флуктуации в плотности темной материи. Поэтому, чем точнее мы разберемся в барионной физике формирования этих первых карликовых галактик, тем больше у нас будет возможностей понять темную материю.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» может разглядеть эти небольшие первые галактики, но чтобы знать, что искать и как потом понимать полученные данные, ученые создают сложные компьютерные модели. В рамках нового исследования группа астрофизиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) впервые включила в такие модели взаимодействие газа и темной материи.
Темная материя оказывала влияние на галактики не только через флуктуации в «обычной» материи, но и напрямую. Судя по движению, все современные галактики окружены гало из темной материи. Сегодня большинство ее частиц, как предполагают ученые, движутся очень медленно.
По расчетам, в молодой Вселенной и «обычная», и темная материя двигались со значительной скоростью. Поэтому потоки «обычного» газа, даже летящие на сверхзвуковых скоростях, отклонялись в сторону областей с плотной темной материей.
«В моделях, где не учитывается значительная разница в скоростях потоков, так и происходит. Газ притягивается к темной материи, формирует сгустки достаточной плотности, чтобы запустились реакции синтеза, и так формируются звезды вроде Солнца», — объяснил Клэр Уильямс, главный автор нового исследования.
Проблема в том, что разница в скоростях могла сыграть огромную роль, если была более значительной. Именно это продемонстрировали авторы новой работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Оказалось, если начать учитывать большую разницу в скорости и поведение потоков обычной и темной материи, то газ начинает «отскакивать» от медленно двигающихся сгустков темной материи. Такой эффект тормозит формирование звезд.
Зато через несколько миллионов накопившийся так газ «падает» назад к плотным областям, провоцируя вспышку звездообразования. Поэтому в данных наблюдений такие галактики должны светиться ярче, чем ожидалось ранее.
Если космический телескоп «Джеймс Уэбб» найдет подобные скопления необычно ярких галактик в молодой Вселенной, это потвердит предположения астрономов о поведении темной материи.
«Если темная материя не ведет себя как обычная холодная темная материя и эффекта потока не существует, то мы не найдем эти яркие карликовые галактики, и придется пересмотреть наши гипотезы», — прокомментировал работу профессор астрономии Смадар Наоз.
