JWST показал: раннее звездообразование оказалось в 2–7 раз бурнее прогнозов

Космический телескоп JWST продолжает удивлять астрономов. Новое исследование, основанное на данных обзора, показывает, что звездообразование в галактиках на красных смещениях z~4-6 (возраст Вселенной около 1-1,5 млрд лет) было гораздо более хаотичным и вспышечным, чем считалось ранее. Разброс темпа звездообразования (rms log-SFR) достиг 0,6 dex, что вдвое превышает типичные 0,3 dex, используемые в стандартных моделях.

Эта «взрывная» активность (burstiness) проявляется сильнее в менее массивных галактиках и коррелирует по времени на масштабах около 25 млн лет. Авторы работы учли этот эффект для метода линейно-интенсивностного картирования (LIM), который позволяет изучать крупномасштабную структуру Вселенной по излучению спектральных линий.

Оказалось, что учёт burstiness приводит к простой мультипликативной поправке: так называемый shot-noise (дробовой шум) в спектре мощности LIM умножается на фактор усиления B_?, зависящий от конкретной спектральной линии. Для линии H? на z~6 этот фактор достигает 7, а для более долгоживущих трассеров ([CII], CO, ультрафиолет) — от 2,5 до 3,5.

Такое усиление (в 2–5 раз выше стандартных предсказаний) кардинально меняет ландшафт LIM: улучшается обнаружимость автоспектра, лучше подавляются помехи от межлопастного загрязнения с меньших красных смещений. Однако для космологических приложений, таких как барионные акустические осцилляции (BAO), эффект вреден, поскольку маскирует чистый сигнал кластеризации.

С другой стороны, открывается новая область применения LIM — диагностика физики звездообразования на высоких красных смещениях, недоступная для разрешённых отдельных галактик. Томография по красному смещению одной линии позволяет ограничить амплитуду и массовую зависимость burstiness, а кросс-корреляция shot-noise разных линий — исследовать временную когерентность вспышек.

По мнению авторов, эти результаты — лишь начало. С расширением данных JWST мы сможем точнее понять, как рождались звёзды в ранней Вселенной, и построить более надёжные космологические модели. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.