Исследователи из Миссурийского университета получили доказательства, ставящие под сомнение один из краеугольных камней астрофизики — начальную функцию масс. Об открытии они сообщили в The Astrophysical Journal Letters. Оно может изменить подходы к оценке масс галактик и реконструкции истории Вселенной.
На протяжении десятилетий ученые оценивали количество звезд в далеких галактиках с помощью математической формулы, предполагающей, что светила разной массы рождаются приблизительно в одних и тех же пропорциях во всех уголках Вселенной. Авторы новой работы выяснили, что правило это соблюдается не везде и не всегда. Эти результаты помогут точнее определять массу, возраст и эволюционный статус галактик. Кроме того, они могут объяснить, почему некоторые галактики выглядят массивнее, чем ожидалось.
«Одно из базовых допущений астрономии, вероятно, было чрезмерным упрощением. Другие галактики не нарушали законы физики — мы просто измеряли их не той меркой», — говорит профессор Чарльз Стейнхардт, руководивший исследованием.
Меркой этой служит начальная функция масс (IMF). Поскольку астрономы не могут напрямую наблюдать большинство самых тусклых и маломассивных звезд в далеких галактиках, они используют IMF, чтобы по числу видимых ярких звезд оценивать, сколько должно существовать звезд меньших масс. Этот удобный, но, как теперь оказалось, не вполне точный метод применяется более 50 лет.
Авторы проанализировали данные миссии Gaia, которая составила карту почти двух миллиардов звезд в Млечном Пути. Они сосредоточились на звездных скоплениях. Если бы IMF действительно была универсальной, каждое скопление содержало бы схожий набор звезд. Однако на деле скопления разительно отличаются друг от друга — значит, локальные условия влияют на то, какие типы звезд образуются.
Соотношение тяжелых и легких звезд зависит от многих факторов, сочетание которых приводит к постепенному сдвигу в сторону последних. Стало быть, в прошлом в нашей Галактике появлялось больше массивных светил, нежели теперь.
Ученые не предлагают полностью отказаться от концепции IMF — по их мнению, она подлежит уточнению с учетом разнообразия сред, в которых образуются звезды. «Вместо того чтобы применять одну и ту же модель ко всем галактикам, астрономы могли бы учитывать условия звездообразования и выбирать ту начальную функцию масс, которая лучше всего соответствует конкретной среде», — считает студент-астрофизик Картер Мейерхофф, выступивший в роли соавтора.
«Мы обнаружили, что Вселенная устроена сложнее, чем мы предполагали. Но одновременно мы все ближе подходим к тому, чтобы измерять ее правильно», — резюмирует профессор.