Что на самом деле измерил «Вебб»

В исследовании было изучено девять галактик с красным смещением около 0,7. Мы видим эти системы такими, какими они были примерно шесть-семь миллиардов лет назад, после того как их основные периоды звездообразования закончились. Это не первые галактики, наблюдаемые напрямую на космическом рассвете.

Их старые звездные популяции сохраняют информацию о гораздо более раннем формировании. Самая старая галактика в выборке образовалась при красном смещении выше 5, примерно в первые 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Исследователи описывают самые старые системы как потомков неожиданно зрелых галактик, которые JWST обнаружил во Вселенной на ранних стадиях.

Ближайший инфракрасный спектрограф JWST обеспечил красную часть каждого спектра в рамках программы IMFERNO. Команда расширила это покрытие в сторону более синих длин волн с помощью спектров из обзора LEGA-C Очень Большого Телескопа. Подгонка комбинированного диапазона длин волн позволила исследователям отделить признаки массы звёзд от различий в возрасте и элементном составе.

Как маленькие звёзды скрывают так много массы

Интегрированный свет галактики доминируется её самыми яркими звёздами. Низкомассивные звёзды достаточно тусклые, чтобы исчезать на фоне этого сияния, даже когда они значительно превосходят по численности светящиеся звёзды. Астрономы поэтому оценивают скрытую популяцию через начальную функцию массы, которая описывает, сколько звёзд образовалось с разной массой.

Многие оценки далеких галактик предполагают распределение, похожее на Млечный Путь. Чэн и коллеги обнаружили, что несколько галактик в их выборке имеют более «нижнюю» начальную функцию масс, что означает, что они содержат большую долю звезд с малой массой.

Для двух самых старых галактик переход от распределения, подобного Млечному Пути, к измеренному распределению с преобладанием низкомассовых звезд увеличил оценку массы звезд примерно в три-четыре раза. Эта коррекция также привела большинство оценок звездной массы к лучшему соответствию с независимыми оценками вирильной массы, основанными на размере галактик и их внутреннем движении.

Что является доказательством, а что выводом

Доказательство или результат Что оно поддерживает
Сверхглубокие спектры девяти спокойных галактик на красном смещении 0,7. Прямой анализ старых звездных популяций за пределами локальной Вселенной.
Абсорбционные особенности, связанные с слабыми звездами малой массы. В нескольких изученных галактиках наблюдается звездное распределение с избытком низкомассивных звезд.
Моделирование популяций по полному спектру. Две старейшие галактики могут содержать в три-четыре раза больше звездной массы, чем оценки на основе Млечного Пути.
Ранняя история формирования старейших галактик. Их предки во времена космического рассвета также могли содержать избыток низкомассивных звезд.
Планеты или биологические признаки не обнаружены. Любые выводы о внеземной жизни остаются вероятностными.
Спектры являются наблюдениями. Коррекция массы зависит от моделей звездных популяций, тогда как выводы о планетах и жизни являются дальнейшими умозаключениями.

Проблема ранней галактики становится сложнее

JWST неоднократно находил массивные, зрелые галактики в эпохи, когда модели ожидали меньшее скопление звезд. Это исследование не опровергает стандартную космологическую модель, но может углубить расхождение между наблюдениями и моделями формирования галактик.

Если ранние массивные галактики формировали намного больше низкомассивных звезд, чем предполагалось, модели должны объяснить, как эта дополнительная звездная масса собралась так быстро. Они также должны воспроизвести необычное распределение масс при рождении, а не только общую яркость.

Результат в настоящее время основывается на небольшой, целенаправленно выбранной выборке. Решающий тест заключается в том, появляются ли те же спектральные признаки в более крупных группах галактик и на больших красных смещениях. Команда планирует расширить метод ближе к первым поколениям звезд.

Как это усиливает аргументы в пользу внеземной жизни

Научные основания для существования внеземной жизни не базируются на одном драматическом наблюдении. Они формируются исходя из количества возможных обиталищ, частоты планет, доступной для них химии и времени, в течение которого эти среды остаются стабильными. Это исследование потенциально увеличивает первое число в некоторых из старейших массивных галактик во Вселенной.

Миссия НАСА Kepler установила, что планет больше, чем звезд в Млечном Пути, и что маленькие планеты распространены. Если старые галактики также содержат больше маломассивных звезд, чем считалось ранее, Вселенная могла предложить больше планетных систем раньше, чем показывал наш учет. Руководитель исследования Мариска Крик указала на эту возможность в объявлении о исследовании, при этом оставив её условной.

Звезды малой массы также могут существовать значительно дольше, чем звезды, подобные Солнцу. NASA отмечает, что наименьшие красные карлики могут оставаться активными более 100 миллиардов лет. Большая численность долгоживущих звезд увеличивает как количество потенциальных мест, так и время, доступное для эволюции планет.

В Уравнение Дрейкабольший численный состав звезд и планет увеличивает количество возможных мест, где могла бы зародиться жизнь. Они не дают нам информации о том, как часто жизнь возникает, становится сложной или развивает обнаруживаемую технологию. Новый результат, следовательно, усиливает аргумент масштаба в пользу внеземной жизни, не предоставляя биологических вероятностей, которые остаются неизвестными.

Почему большее количество звезд не является доказательством заселенных миров

Звезда — это только первое требование. Формирование планет зависит от материала и окружающей среды вокруг молодой звезды. Обитаемость затем зависит от орбиты планеты, атмосферы, геологии, воздействия радиации и долгосрочного климата.

Слабые звезды, выявленные в этом исследовании, не разрешены индивидуально и не классифицируются как хозяева. Астрономы не могут применять показатели встречаемости планет, измеренные вокруг ближайших звезд Млечного Пути, к древним галактикам без учета их различных условий формирования и химической истории.

Малые звёзды также создают серьёзный противовес. Многие красные карлики производят интенсивные вспышки и высокоэнергетическое излучение, особенно в молодом возрасте. Модели и наблюдения НАСА показывают, что эта активность может разрушать атмосферу близлежащих планет. Долгий срок жизни звезды ценен только в том случае, если планета сможет пережить её бурную раннюю фазу.

Этот результат поддерживает концепцию вселенной с потенциально большим количеством шансов для жизни, а не вселенной, где жизнь гарантирована. Это различие находится в центре Парадокс Ферми. Каждое увеличение числа возможных миров делает отсутствие подтверждённых внеземных свидетельств более заметным.

Что астрономам нужно проверять в следующий раз

Спектры с большим смещением к красному являются первоочередной задачей. Измерение распределения звезд ближе к эпохе формирования галактик сократит необходимость выводить свойства их предков по более поздним потомкам.

Более крупные выборки покажут, являются ли звёздные популяции с преобладанием низкомассивных звезд обычными среди крупных старых галактик или концентрируются в необычных системах. Независимые проверки с использованием гравитационного линзирования и подробных динамических моделей могут проверить, остаются ли пересмотренные звездные массы совместимыми с полной массой каждой галактики.

Ветвь внеземной жизни требует другой цепочки наблюдений. Исследователям нужны доказательства того, что планеты образовывались эффективно в тех ранних условиях, сохраняли атмосферы и развивали химию, совместимую с жизнью. Ни один из этих этапов нельзя измерить в девяти далеких галактиках, изученных здесь.

Источник Трейла

Приговор

Самый сильный вывод астрономический. Некоторые старые, массивные галактики, по-видимому, содержат гораздо больше низкомассивных звёзд, чем предполагают оценки, основанные на Млечном Пути, а их ранние предшественники могли быть тяжелее, чем уже удивительные измерения JWST показывают.

Следствие для внеземной жизни более узкое, но действительно интересное. Больше долгоживущих звёзд может означать больше планетарных возможностей на протяжении большего космического времени. Это улучшает числовой аргумент в пользу жизни в других местах, при этом оставляя центральный пробел в доказательствах неизменным. Ни один внеземной мир, биосигнатура или цивилизация обнаружены не были.