Webb znalazł „ukryte gwiazdy”. Masywne galaktyki mogą być nawet czterokrotnie cięższe, niż sądzono

Międzynarodowy zespół kierowany przez astronomów z Uniwersytetu w Lejdzie, z udziałem naukowców z Penn State, wykazał, że najmasywniejsze galaktyki zawierają znacznie więcej drobnych, słabo świecących gwiazd, niż zakładano. Praca ukazała się 18 sierpnia 2026 w „Nature Astronomy” pod tytułem „Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions”. Pierwszą autorką jest Chloe Cheng, badaniem kierowała Mariska Kriek.

Na czym polegał problem

Masy odległych galaktyk nie da się zważyć bezpośrednio. Astronomowie wyliczają ją ze światła, ale światło galaktyki jest zdominowane przez nieliczne wielkie i jasne gwiazdy. Te najliczniejsze — małe, chłodne, słabo świecące — odpowiadają za większość masy, a praktycznie nie widać ich w obserwacjach.

Rozwiązaniem było dotąd założenie: przyjmowano, że gwiazdy w odległych galaktykach rodzą się w takich samych proporcjach mas jak w Drodze Mlecznej, i ekstrapolowano resztę. Ta zależność nazywa się funkcją masy początkowej (IMF) i przez dekady traktowano ją jako uniwersalną.

Co zmierzył zespół

Badacze przeanalizowali dziewięć masywnych galaktyk wygaszonych — takich, które zakończyły już główny okres formowania gwiazd miliardy lat temu. To nie jest przypadkowy wybór: brak młodych, jasnych gwiazd sprawia, że w widmie da się w ogóle dostrzec subtelne ślady tych najsłabszych.

Połączono dwa zestawy danych: ultragłębokie widma z instrumentu NIRSpec na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba, zebrane w programie INFERNO, oraz wcześniejsze obserwacje naziemne z Very Large Telescope w ramach przeglądu LEGA-C, rozszerzające zakres w stronę fal krótszych. Dopiero razem pozwoliły po raz pierwszy wiarygodnie ustalić proporcję drobnych i wielkich gwiazd w tak odległych układach.

Wynik: w najmasywniejszych galaktykach funkcja masy początkowej jest oddolnie obciążona — małych gwiazd jest znacznie więcej, niż wynikałoby z wzorca z Drogi Mlecznej. Ukryta w nich masa oznacza, że dotychczasowe oszacowania były zaniżone trzy- do czterokrotnie.

Ważne doprecyzowanie co do odległości

Badane galaktyki obserwowano przy przesunięciu ku czerwieni z ≈ 0,7, czyli widzimy je takimi, jakimi były mniej więcej 6,5 miliarda lat temu — nie „tuż po Wielkim Wybuchu”. Jedna z dziewięciu wyróżnia się szczególnie: według współautorki Martje Slob z Lejdy uformowała się prawdopodobnie mniej niż 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu i może być czterokrotnie masywniejsza, niż wynikało z wcześniejszych obliczeń.

Wniosek dotyczący najwcześniejszych galaktyk jest więc rozszerzeniem, a nie bezpośrednim pomiarem. Jak tłumaczy Joel Leja z Penn State, obiekty badane w tej pracy są uważane za późniejsze wcielenia tych zaskakująco masywnych i dojrzałych galaktyk, które Webb znajduje w młodym wszechświecie — a dołożenie im czterokrotnie większej liczby gwiazd tylko zaostrza istniejące napięcie z modelami.

Dlaczego to problem dla teorii

Od startu Webba astronomowie regularnie natykają się na galaktyki zbyt masywne i zbyt dojrzałe jak na swój wiek. Modele formowania galaktyk miały z tym kłopot już wcześniej. Jeśli te obiekty zawierają dodatkowo trzy do czterech razy więcej gwiazd, pytanie brzmi, w jaki sposób taka liczba drobnych gwiazd zdążyła powstać tak wcześnie.

Konsekwencje wykraczają poza samą kosmologię. Jak zauważa Mariska Kriek, wokół małych gwiazd krąży wiele planet, więc jeśli było ich w młodym wszechświecie znacznie więcej, niż zakładano, mogło też powstać więcej planet. Zespół zamierza teraz zastosować tę samą metodę do kolejnych galaktyk i sięgnąć obserwacjami jeszcze głębiej — docelowo do pierwszych gwiazd we wszechświecie.

Źródła: C. Cheng i in., „Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions”, Nature Astronomy (18.08.2026), DOI 10.1038/s41550-026-02932-4; Uniwersytet w Lejdzie; Penn State University; ScienceDaily