Космический телескоп Джеймса Уэбба находит доказательства того, что загадочные 'маленькие красные точки' — это звезды черных дыр

Астрономы, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба, могут быть близки к решению загадки "маленьких красных точек" в ранней вселенной. Команда изучила один из этих странных объектов, обозначенный как GLIMPSE-17775, и нашла доказательства того, что это звезда черной дыры — жадно поглощающая, растущая сверхмассивная черная дыра, окруженная плотным облаком частично ионизированного газа.

Маленькие красные точки начали появляться, когда космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) начал отправлять данные на Землю летом 2022 года. Некоторые ученые утверждали, что они "сломали космологию", поскольку они появляются в большом количестве примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва, но, похоже, исчезают до того, как вселенной исполнится 2 миллиарда лет. Было предложено несколько объяснений для маленьких красных точек, но одним из наиболее вероятных является концепция звезд черных дыр. Если звезды черных дыр существуют, исчезновение маленьких красных точек может быть результатом их интенсивных, недолговечных всплесков роста, которые приводят к их выгоранию — или, поскольку растущие сверхмассивные черные дыры в их центрах в конечном итоге очищают плотный газ и пыль, скрывающие их, изменяя их внешний вид по мере эволюции в более типичные активные галактики.

Однако проблема в том, что астрономы не смогли собрать наблюдательные доказательства того, что маленькие красные точки действительно являются звездами черных дыр. Это произошло до тех пор, пока JWST не запечатлел маленькую красную точку GLIMPSE-17775, увиденную всего через 1,8 миллиарда лет после Большого взрыва, во время наблюдений за гравитационно-линзированной галактической группой Abell S1063. Эти данные представляют собой самый глубокий спектр света от маленькой красной точки, собранный на сегодняшний день, и, согласно этой команде, содержат множество линий доказательств, указывающих на звезду черной дыры.

"Я думаю, что часть научного сообщества приходит к единой картине — что маленькие красные точки можно объяснить моделями звезд черных дыр. Но ни одна из предыдущих маленьких красных точек не имела всех кусочков доказательств в одном месте," — сказал Василий Кокорев из Университета Техаса в Остине в заявлении. "С GLIMPSE-17775 мы можем протестировать эти модели благодаря тому, насколько глубок и удивителен спектр этого источника."

Решение головоломки маленькой красной точки с помощью Эйнштейна

JWST уловил GLIMPSE-17775, когда искал первое поколение звезд в нашей вселенной, несколько запутанно называемых звездами "Популяции III". Телескоп искал эти конкретные звезды в галактиках, которые составляют галактическую группу Abell S1063.

Отдельно Abell S1063 является гравитационной линзой, что означает, что его массивное гравитационное влияние фактически искривляет ткань пространства и времени (объединенных в единое четырехмерное целое, называемое пространственно-временным континуумом). Это, в свою очередь, означает, что объект, "находящийся за" галактической группой, который излучает свет в нашем направлении, будет иметь свой путь света искривленным в тандеме с искривлением пространственно-временного континуума. Это может создать увеличительный эффект.

Концепция гравитационного линзирования была впервые предсказана Альбертом Эйнштейном в его теории общей относительности, и именно так ученые смогли наблюдать GLIMPSE-17775 — по сути, превратив 30 часов наблюдений в почти 80.

"Когда мы впервые увидели спектр, это было похоже на то, как будто все кусочки головоломки разбросаны по полу," — сказал Кокорев. "Мы собрали каждый кусочек головоломки, измерили линии и начали комбинировать разные кусочки в мозаике. Может быть, некоторые из них сначала выглядели как ничего, но затем несколько из них соединились, и мы поняли, что там что-то есть."

Команда идентифицировала несколько линий доказательств в наблюдениях JWST, которые указывают на то, что "маленькая красная точка" GLIMPSE-17775 действительно является звездой черной дыры. Это включает в себя излучения от элементов, которые не соответствуют тому, что ожидалось в вращающемся газовом облаке. Линии излучения вместо этого указывают на рассеяние электронов, что ожидается, когда источник радиации окружен обширным и плотным коконом газа. Также свидетельствовали о плотной оболочке газа признаки флуоресценции и радиации, поглощающей гелий.

Команда также увидела спектральные линии от железа, которые команда назвала "железным лесом". Это ожидается как результат высокоэнергетического выхода быстро поглощающей сверхмассивной черной дыры: звезды черной дыры. Если маленькие красные точки — это быстро аккрецирующие сверхмассивные черные дыры, окруженные плотными газовыми оболочками, это объяснило бы, почему эти загадочные объекты так слабы в рентгеновских лучах, так как эти коконы должны поглощать эту высокоэнергетическую радиацию.

Однако в наблюдениях GLIMPSE-17775 чего-то не хватает.

Маленькие красные точки обычно имеют сильный характерный провал в спектрах света, который они излучают, известный как "провал Балмера". Команда считает, что эта особенность слабее для этой маленькой красной точки, чем для других, потому что GLIMPSE-17775 окружена массивной родительской галактикой. Данные команды, следовательно, подходят как недостающий кусок головоломки маленьких красных точек, хорошо вписываясь в наше понимание эволюции вселенной.

"Все подходит, ничего не сломано, и я думаю, что это делает головоломку, которая является нашей вселенной, еще лучше," — заключил Кокорев. "Смотря вперед, я с нетерпением жду возможности углубиться и узнать, что питает центральные двигатели маленьких красных точек. Хотя мы думаем, что это черная дыра, есть и другие интересные теории, которые предлагаются, что захватывающе. "Может быть, через год или два мы получим окончательный ответ на то, что питает эти источники."

Исследование команды было опубликовано в среду (10 июня) в Журнале астрофизики.