Наблюдения самых древних объектов во Вселенной, сделанные космическим телескопом имени Джеймса Вебба, показали несостоятельность принятой теории образования галактик, основанной на темной материи. Напротив, ученые нашли аргументы в пользу альтернативной теории MOND, допускающей нарушения закона Ньютона, говорится в исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal.
Современное представление ученых об образовании галактик в ранние эпохи существования Вселенной рассматривается в рамках стандартной космологической модели ΛCDM ( «Лямбда-CDM»-модель), ключевым моментом которой является наличие так называемой темной материи. На существование этой загадочной субстанции, проявляющей себя исключительно гравитационным воздействием, указывают наблюдения за галактиками внутри скоплений галактик и измерение скоростей звезд и облаков внутри отдельных галактик.
Указанная модель предполагает иерархический процесс формирования галактик во Вселенной. Считается, что изначально из-за флуктуаций плотности возникли сгустки темной материи, затем они стали сливаться в более крупные сгустки, вокруг которых начало скапливаться обыкновенное барионное вещество, превращаясь в галактики и скопления галактик. Одной из задач комического телескопа Джеймса Вебба был ответ на вопрос о происхождении галактик. До его запуска, состоявшегося в 2021 году, ни один телескоп не мог увидеть самые древние галактики, родившиеся в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, и имеющие высокое красное смещение Z (сдвиг спектральных линий химических элементов в красную, длинноволновую сторону).
Модель ΛCDM предполагает, что галактики формировались постепенно, образовывая за счет аккреции вещества все более масштабные структуры вокруг сгустков темной материи. Поэтому теория предсказывает, что получив возможность наблюдать самые далекие и древние объекты на больших смещениях, телескоп JWST должен видеть небольшие галактики, выглядящие, как слабые источники света. «Ожидалось, что каждая крупная галактика, которую мы видим в ближней вселенной, должна была получиться из таких крошечных кусочков», — пояснил Стейси Макгоф, автор нового исследования из частного американского университета Кейс-Вестерн Резерв.
Проанализировав наблюдения телескопа JWST, ученые, заглядывая во все более ранние эпохи Вселенной, в том числе на z > 10, увидели там, вопреки предсказаниям, более крупные и яркие галактики, чем ожидалось. «Эти наблюдаемые свойства не очень соответствуют иерархическим моделям ΛCDM , которые предсказывают, что на наблюдаемых красных смещениях локальные массивные галактики были разделены на множество протогалактик-предшественников. Более естественное объяснение состоит в том, что галактики эти яркие потому, что они уже выросли крупными… то есть выросли слишком быстро», — говорится в исследовании.
Зависимость масс галактик от красного смещения в данных JWST
«Мы не видим того, что предсказывает теория темной материи», — пояснил Макгоф. По его словам, наблюдаемая картина лучше описывается в рамках, так называемой Модифицированной ньютоновской динамики (MOND), предложенной в 1993 году израильским астрофизиком Мордехаем Милгромом из Института Вейцмана. Она представляет собой альтернативную теорию гравитации, предполагающую добавление нового члена в закон тяготения Ньютона. За последние годы было сделано немало попыток подтвердить теорию MOND, и, несмотря на ряд аргументов против, иногда находятся аргументы в ее пользу.
Крупные и яркие структуры, которые обнаружил JWST в ранней Вселенной, были предсказаны в рамках MOND четверть века назад, пояснил Макгоф. По его словам, сделанное открытие — лишь одно из подтвержденных предсказаний, полученных в рамках теории MOND.