Телескоп JWST виявив загадкові об’єкти у Всесвіті

Маленькі червоні точки (LRD): загадкові об’єкти раннього Всесвіту, що можуть розкрити механізми формування надмасивних чорних дір.

Космічні вогні з невідомим джерелом

Новий тип астрономічних об’єктів — “маленькі червоні точки” (Little Red Dots, LRD) — виявлені за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), змушує переглянути наші уявлення про ранній Всесвіт. Ці яскраві, компактні джерела світла спостерігалися вже через 600 мільйонів років після Великого вибуху, що ставить під сумнів звичні моделі еволюції галактик. Вони занадто яскраві, щоб бути окремими зірками, і занадто малі для звичних галактик.

“Це все одно, що знайти малюка зростом шість футів”, — каже Ентоні Тейлор з Техаського університету. Дослідження спектральних характеристик LRD виявили V-подібний профіль, що одночасно включає лінії поглинання зоряних атмосфер і випромінювання водню, нагрітого до надвисоких температур — такий сигнал характерний для активних чорних дір.

Астрономи виключили наявність пилу як джерела їхнього червоного кольору. “Вони не запилені. Те, що ми бачимо, — це світло, яке йде від цієї штуки, чим би вона не була”, — підкреслює Дженні Грін із Прінстонського університету. ALMA і JWST не виявили слідів пилу навколо десятків таких об’єктів.

Поява нової гіпотези: зорі-чорні діри

Після місяців спостережень виникла гіпотеза, що LRD можуть бути зорями-чорними дірами. Це не традиційні зорі, а гігантські хмари гарячого газу, які сяють, бо містять внутрішню чорну діру, що виділяє тепло завдяки поглинанню матерії. Таку концепцію раніше описував фізик Мітч Бегельман у моделі “квазізізірки”. “Ось що робить квазізоряна оболонка — вона примусово годує чорну діру, виштовхуючи в неї матерію”, — пояснює він.

У цих об’єктів не виявлено рентгенівського випромінювання, яке зазвичай випускають активні чорні діри. Але це може бути пов’язано з високою щільністю і непрозорістю навколишнього газу, який затримує рентгенівські промені. Ці об’єкти зникають у пізнішому Всесвіті, що свідчить про їхню короткочасну, але вирішальну роль у космічній еволюції.

Вирощування гігантів у стислі строки

Найглибша загадка стосується не природи LRD, а їх еволюційної долі. Якщо гіпотеза про зорі-чорні діри підтвердиться, ці об’єкти можуть бути ранніми формами надмасивних чорних дір, що зараз містяться в центрах галактик, зокрема Чумацького Шляху.

Зазвичай вважається, що надмасивні чорні діри зростали з малих зоряних чорних дір упродовж мільярдів років. Проте LRD кидають виклик цьому уявленню. За оцінками, чорна діра може становити від 10% до 50% маси всієї точки — набагато більше, ніж у сучасних галактиках, де цей показник рідко перевищує 0,1%.

“Або це дуже маленькі чорні діри, які випромінюють велику кількість світла, або ми збільшуємо масу чорної діри набагато швидше, ніж ми думали раніше”, — каже Грін. У будь-якому разі це перевизначає сценарії космічного формування структур.

Нові телескопи, нові питання

Сяоцзін Лін з Університету Цінхуа виявив кілька LRD на відстані всього 2,5 мільярда світлових років — набагато ближче, ніж попередні. Це відкриває можливість для докладніших досліджень за допомогою телескопа “Габбл”. Його команда планує шукати ознаки гравітаційної взаємодії: струмені, припливи, збурення.

Також нові програми четвертого циклу JWST будуть присвячені LRD. Астрономи зосередяться на пошуку короткочасних змін яскравості, які можуть свідчити про поглинання матерії чорними дірами. Інші вивчатимуть спектральні сигнатури старіння зірок, намагаючись розрізнити ці два сценарії.

Поле досліджень залишається відкритим. Але спектральна інформація вже “показала, що вони насправді не схожі на жоден клас об’єктів, які ми знали”, — наголосив Рохан Найду з MIT. LRD містять у собі риси і чорних дір, і зоряних систем, порушуючи звичні класифікації.

Прабатьки іншої космічної популяції?

Багато з цих об’єктів демонструють спектральні ознаки, властиві старим зоряним системам, зокрема лінії поглинання та розриви Бальмера. Це змушує частину вчених припускати, що турбулентний газ навколо чорної діри може імітувати властивості зоряної популяції.

“Це говорить нам про те, що вони є прабатьками якоїсь іншої популяції. Потім вони еволюціонують і стають чимось іншим”, — зазначає дослідник Акінс. Якщо це так, LRD можуть стати відсутньою ланкою між утворенням перших чорних дір і сучасними галактичними центрами.

Зупинене світло молодого Всесвіту

Унікальність LRD ще й у тому, що вони існують у дуже вузькому часовому вікні — між 600 мільйонами і 1,5 мільярдами років після Великого вибуху. Потім вони зникають з космічного ландшафту, не залишаючи прямих аналогів у сучасному Всесвіті. Це означає, що ми спостерігаємо їх у унікальний момент формування структур.

“Можливо, це той короткий момент, коли формується чорна діра, і ми бачимо її через світіння оболонки”, — зазначає Тейлор. Імовірно, ми стали свідками перехідного етапу, який раніше був прихований через технічні обмеження телескопів.

Зараз, завдяки JWST і ALMA, астрономи можуть бачити ранній Всесвіт у небаченій деталізації. Маленькі червоні точки стали вікном у ті процеси, які колись створили гравітаційні монстри — надмасивні чорні діри, що нині керують еволюцією галактик. Як саме вони з’явилися — питання відкрите. Але LRD уже стали ключем до відповіді.