Kozmikus árnyékból bújtak elő azok a halvány csillagok, amelyek alapjaiban rengetik meg a galaxisfejlődési elméleteket. A James Webb űrtávcső legfrissebb mérései szerint a korai Univerzum óriási galaxisai a korábban becsült tömeg három-négyszeresét is hordozhatják. Egy nemzetközi kutatócsoport kilenc olyan ősi, érett galaxist vizsgált meg, amelyekben már milliárd évvel ezelőtt leállt a csillagképződés. A Nature Astronomy folyóiratban közzétett eredmények arról tanúskodnak, hogy a vártnál lényegesen nagyobb arányban találhatók bennük kis tömegű, alacsony fényességű csillagok.
A csillagászok évtizedeken át abból a feltételezésből indultak ki, hogy a távoli galaxisok csillagpopulációjának eloszlása a Tejútrendszerben megfigyelt arányokat követi. Ezt az összefüggést nevezik kezdeti tömegfüggvénynek. Mivel a több száz fényévre lévő rendszerekben az egyedi csillagok elkülönítése lehetetlen, a kutatók az elméleti modellekre támaszkodva számították ki a rendszerek teljes tömegét. A legfényesebb, hatalmas csillagok ragyogása azonban elnyomja a kisebb, halványabb társaik fényét, így a korábbi megfigyelések elfedték a tömeg meghatározó részét adó vörös törpéket.
Fényes felhőkarcolók és elfedett kisházak a kozmoszban
A felfedezés megértéséhez érdemes egy távoli nagyváros képét elképzelni. Messziről csak a magas felhőkarcolók tűnnek fel, a közöttük meghúzódó kisebb lakóházak rejtve maradnak a szem elől. A távoli galaxisok esetében a felhőkarcolóknak a nagy tömegű, vakítóan fényes csillagok felelnek meg. A csillagászok a James Webb űrtávcső NIRSpec spektrográfjának szuperérzékeny adatait kombinálták a chilei Very Large Telescope korábbi méréseivel, hogy az összegzett fényspektrum apró színelmozdulásaiból kimutassák a törpecsillagok jelenlétét.
A színképvonalak finom elemzése igazolta, hogy a vizsgált kilenc galaxisban a csillagok tömegeloszlása kifejezetten az alacsony tömegű tartomány felé tolódik el. Ez a megállapítás alapjaiban változtatja meg a csillagászati számításokat. Az érintett galaxisok valójában lényegesen népesebbek és nehezebbek is, mint ahogyan azt a Tejútrendszer mintájára épülő elméletek korábban előrejelezték.
A galaxiskeletkezési modellek elméleti korlátai
Az Ősrobbanás után mindössze egy-másfél milliárd évvel létező, ilyen óriási tömegű rendszerek puszta létezése is nehezen egyeztethető össze a standard kozmológiai modellekkel. A standard modell szerint a csillagközi gáznak és a sötét anyagnak jóval hosszabb időre lenne szüksége ahhoz, hogy ekkora gravitációs csomópontokká álljon össze. Ha az ősi galaxisok a most kimutatott módon három-négyszer nehezebbek, a kutatóknak fel kell tenniük a kérdést: miként halmozódhatott fel ennyi anyag ilyen rövid idő alatt?
A probléma megoldásához a szakembereknek át kell értékelniük a gázsűrűsödés, a csillagkeletkezési hatékonyság és a sötét anyag kölcsönhatásának folyamatait. A mérések szerint a csillagképződés a kozmikus hajnalon jóval gyorsabban és intenzívebben ment végbe, mint azt a korábbi szimulációk feltételezték. A James Webb űrtávcső által szolgáltatott spektroszkópiai adatok felülírják a korábbi fotometriai becsléseket, tisztázva, hogy nem mérési hibáról, hanem valós fizikai anyagtöbbletről van szó.
Gyakoribb kőzetbolygók az Univerzum korai időszakában
A halvány, kis tömegű csillagok dominanciája közvetett hatással van az exobolygók kutatására is. A mai Univerzumban a vörös törpék körül kering a legtöbb kőzetbolygó, így ezek a rendszerek jelentik az élet keresésének elsődleges célpontjait. Az a tény, hogy a korai Univerzumban a vártnál lényegesen több kis tömegű csillag született, azt valószínűsíti, hogy a bolygórendszerek kialakulása is lényegesen elterjedtebb volt abban az időszakban.
A kutatás rávilágít arra, hogy a kozmikus evolúció megértéséhez elengedhetetlen a helyi Univerzumból származó előfeltételezések felülvizsgálata. Az új megfigyelések alapján a tudósoknak fel kell építeniük az ősi galaxisok spektrális modelljeit, ami az egész kozmológia elméleti alapjait formálhatja át a következő években.
