новий клас чорних дір кидає виклик астрономам

Астрономи виявили новий клас об’єктів у Всесвіті — надмасивні чорні діри, вбудовані у газові оболонки, які можуть пояснити загадкові «маленькі червоні крапки» на знімках телескопа Джеймса Вебба.

Із запуском космічного телескопа JWST у 2022 році астрономи отримали доступ до об’єктів на краю Всесвіту, зокрема надзвичайно далеких і червоних джерел світла. Деякі з них виявилися “незвично компактними, але надзвичайно масивними об’єктами, які не вписуються в існуючі моделі еволюції галактик”, — пояснює Бінцзе Ван з Університету Пенсільванії. Їхня природа довгий час залишалась загадкою.

Ці об’єкти, звані маленькими червоними крапками, випромінюють інфрачервоне світло, яке JWST фіксує з високою точністю. “Габбл просто не міг бачити їх через обмежений діапазон спостережень”, — зазначають дослідники. З’ясувалося, що ці крапки — надзвичайно далекі: їхнє світло йшло до нас понад 12 мільярдів років.

Початкові гіпотези припускали, що це дуже щільні галактики, багаті на молоді зірки. Однак така концентрація маси суперечила б сучасним уявленням про темпи зоряного формування. У відповідь астрономи запропонували інше пояснення: маленькі червоні крапки можуть бути активними галактичними ядрами (AGN), прихованими за щільними хмарами пилу. Це означало б наявність надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті у великій кількості.

Вирішальне відкриття зробила команда проєкту RUBIES на чолі з Анною де Грааф. Під час спектроскопічного огляду понад 4500 галактик вони виявили об’єкт із унікальним профілем — «Скелю» (Cliff). Його спектр показав незвичний розрив Бальмера, надзвичайно різкий стрибок випромінювання в ультрафіолетовій області. Жодна з моделей галактик або AGN не змогла пояснити таку структуру.

Дослідники сформували нову модель об’єкта BH* — надмасивної чорної діри, вбудованої у щільну, турбулентну водневу оболонку, подібну до зоряної атмосфери. “Ця газова оболонка діє як своєрідна псевдофотосфера — як у зірок, тільки в центрі не ядро, а чорна діра”, — пояснює Рафаель Хвідінг. Таке пояснення не лише відтворює спектр «Скелі», а й пропонує механізм швидкого зростання чорних дір у молодому Всесвіті.

Раніше такі конфігурації існували лише в теорії для чорних дір середньої маси. Якщо новий клас BH* підтвердиться, він може стати критично важливим у поясненні формування перших галактик, зокрема чому вже за мільярд років після Великого вибуху у Всесвіті існували чорні діри масою понад мільярд сонць.

Однак залишаються відкриті питання: як така газова оболонка може довго існувати, як забезпечується її стабільність, і як формується таке середовище навколо чорної діри? Відповіді потребуватимуть як моделювання, так і нових спостережень. Де Грааф уже отримала дозвіл на продовження досліджень JWST у 2026 році.

Отже, перед нами — потенційно новий розділ в астрофізиці. “Ми на порозі відкриття, яке може радикально змінити наше уявлення про структуру та еволюцію раннього Всесвіту”, — підсумовують автори. Але підтвердження цього знадобиться ще кілька років досліджень.