Что значат «красные точки» в ранней Вселенной: новое объяснение
Крошечные, очень далекие красные объекты, обнаруженные космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST) NASA, дают ученым новое представление о происхождении галактик во Вселенной. Возможно, эти точки представляют собой доселе совершенно неизвестный класс небесных объектов — черные дыры, которые на деле пока не совсем черные. Они поглощают так много материи, что не могут ее «переварить» и излучают свет. Во «взрослой» Вселенной такие объекты уже не появляются.
Используя первые наборы данных, полученные телескопом в 2022 году, международная группа ученых обнаружила загадочные «маленькие красные точки» (little red dots). Исследователи предположили, что эти объекты могут быть галактиками, такие же зрелые, как нынешний Млечный Путь, но всего лишь через 500–700 миллионов лет после Большого взрыва. Скороспелость галактик ставила под сомнение то, что ученые ранее знали об эволюции ранней Вселенной. Об одной из интерпретаций феномена «маленьких красных точек», связанной с происками темной материи, Hi-Tech Mail рассказал здесь.
В новой статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, международная группа астрономов и физиков, в том числе из Университета штата Пенсильвания, предполагает, что точки могут быть не галактиками, а совершенно новым типом объектов: звездами с внутренней черной дырой.
Анализ показывает, что крошечные (для нас) светящиеся точки могут быть гигантскими сферами из горячего газа, настолько плотными, что они похожи на атмосферы типичных звезд, питающихся продуктами термоядерного синтеза. Однако вместо синтеза они питаются за счет сверхмассивных черных дыр в своем центре, которые быстро поглощают материю, преобразуя ее в энергию и излучая свет.
Джоэл Лея (Joel Leja), доцент кафедры астрофизики в Университете штата Пенсильвания и соавтор статьи, пояснил, что исследователи пересмотрели множество «красных точек», пока не нашли ту, у которой было так много вещества, что ее однозначно нельзя было интерпретировать как типичное скопление звезд, которое можно увидеть в молодой галактике.
Астрономы определяют горячие и холодные объекты по их свечению, которое в основном приходится на красный оптический или ближний инфракрасный спектр. В то время как газ вокруг сверхмассивных черных дыр (СМЧД) обычно очень горячий, с температурой в миллионы Кельвинов, в излучении этих «красных точек» преобладает достаточно холодный газ, похожий на атмосферу маломассивных холодных звезд, судя по длине волн излучаемого ими света.
Самый мощный телескоп в космосе, JWST, был спроектирован для изучения зарождения Вселенной именно с помощью инфракрасных датчиков, способных улавливать свет, излучаемый самыми древними звездами и галактиками. Телескоп позволяет ученым заглянуть в прошлое как минимум на 13,5 миллиарда лет, почти к самому началу известной нам Вселенной. С того момента, как телескоп был запущен, исследователи по всему миру начали замечать «маленькие красные точки» — далекие древние объекты, которые оказались гораздо массивнее, чем предсказывали модели.
Сначала, по словам Леи, он и его коллеги думали, что эти объекты — и в самом деле преждевременно созревшие галактики, которые становятся более красными по мере старения содержащихся в них звезд. Но объекты были слишком яркими, чтобы это можно было объяснить таким образом: звезды в галактиках для возникновения такого эффекта должны были быть «упакованы» плотно, как селедки в бочке. Такой звездной плотности не бывает даже в шаровых скоплениях. Ночное небо такой галактики было бы ослепительно ярким от близких звезд.
Чтобы лучше разобраться в этой загадке, исследователям понадобились спектры — данные, которые могут предоставить информацию о том, сколько света излучают объекты на разных длинах волн. В период с января по декабрь 2024 года астрономы задействовали почти 60 часов работы телескопа «Джеймс Уэбб», чтобы получить спектры в общей сложности 4500 далеких источников. Это один из крупнейших наборов спектроскопических данных, полученных с помощью JWST.
В июле 2024 года команда обнаружила «красную точку», спектр которой указывал на огромную массу, что делало ее самым экстремальным примером такого раннего и крупного объекта. Астрономы назвали этот объект «Утесом» (The Cliff) и отметили, что он является наиболее перспективным для изучения «маленьких красных точек».
Анна де Грааф, исследовательница из Института астрономии Общества Макса Планка и автор статьи, отметила в пресс-релизе, что экстремальные свойства «Утеса» заставили команду «вернуться к чертежной доске» и придумать совершенно новые модели.
Объект находится так далеко, что его свету потребовалось примерно 11,9 миллиардов лет, чтобы достичь Земли. Анализ спектра этого света показал, что на самом деле это была сверхмассивная черная дыра, которая поглощала окружающее пространство с такой скоростью, что окуталась огненной сферой из водорода. Свет, который заметили Лея и ее коллеги, исходил не от плотных скоплений звезд, а от одного гигантского шара.
Черные дыры находятся в центре большинства галактик. В некоторых случаях эти черные дыры в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца. Никто пока не знает, почему и откуда берутся эти гигантские черные дыры в центре галактик.
Гибриды звезд и черных дыр могут быть первой фазой формирования полноценных СМЧД, которые мы видим (точнее, представляем) в галактиках сегодня.
JWST уже обнаружил признаки существования черных дыр с высокой массой в ранней Вселенной. Эти новые звездные объекты, которые ускоренно наращивают вес, могут помочь объяснить раннюю эволюцию Вселенной и стать долгожданным дополнением к существующим моделям. Команда планирует в будущем перепроверить эту гипотезу, изучив плотность газа и силу притяжения этих ранних звезд с черными дырами в сердцевине.
Недавно Hi-Tech Mail сообщил об открытии 62 ярких квазаров — ярчайших маяков Вселенной.
