Моделирование NINJA объяснило свойства ранних галактик в эпоху JWST

Учёные из NISER (Индия) и Межуниверситетского центра астрономии и астрофизики (IUCAA) представили новый набор космологических гидродинамических симуляций под названием NINJA (NISER-IUCAA New Simulations of JWST GAlaxies and Quasars). Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.

Симуляции предназначены для изучения формирования и эволюции галактик при красных смещениях z ≥ 5, то есть в первые миллиарды лет после Большого взрыва, в эпоху работы космического телескопа James Webb (JWST).

Используя базовую модель, авторы протестировали различные предположения о спектральном синтезе звёздного населения и моделях поглощения света пылью. Оказалось, что при правильном подборе параметров можно воспроизвести наблюдаемые ультрафиолетовые функции светимости (UVLF) в диапазоне 5 ≤ z ≤ 10.

Ключевым результатом стало обнаружение сильной вариативности предсказаний для нескольких наблюдаемых характеристик галактик: функции светимости в B-диапазоне, функции светимости в линии Hα, зависимости ультрафиолетового наклона от абсолютной звёздной величины, соотношения звёздной массы и бальмеровского скачка, а также связи между цветовыми избытками звёзд и межзвёздной среды.

Как отмечают авторы, для надёжного ограничения моделей пыли на больших красных смещениях потребуется совместный анализ всех этих наблюдательных данных. Особенно сильные независимые ограничения могут дать наблюдения галактик с широким диапазоном звёздных масс на ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

В то же время базовая модель симуляций занижает количество ярких галактик при z ≥ 10 по сравнению с текущими наблюдениями JWST — даже при использовании спектра начальной массы с преобладанием массивных звёзд и без учёта поглощения пылью. Исследователи связывают это с недостаточным разрешением: свойства галактик на этих красных смещениях ещё не достигли сходимости в их симуляциях.

Работа подчёркивает, что при интерпретации наблюдений далёких галактик и калибровке моделей необходимо учитывать вырожденность между моделями обратной связи от звёзд и моделями пыли. Дальнейшие симуляции с более высоким разрешением помогут точнее понять природу первых галактик.