Таинственные «красные пятнышки», обнаруженные телескопом James Webb, могут оказаться совсем не целыми молодыми галактиками, как думают ученые. Это может быть совершенно новый тип объектов, названный исследователями «звезды-черные дыры».
Загадочные «красные пятнышки»
Используя первые наборы данных, опубликованные телескопом в 2022 году, международная группа ученых, в состав которой входили исследователи из Пенсильванского государственного университета, обнаружила загадочные «маленькие красные пятнышки». Исследователи предположили, что эти объекты могут быть галактиками, столь же зрелыми, как наш нынешний Млечный Путь, возраст которого составляет примерно 13,6 миллиарда лет, всего через 500–700 миллионов лет после Большого взрыва.
Неофициально названные командой «разрушителями Вселенной», эти объекты поначалу считались галактиками, гораздо старше, чем кто-либо ожидал в молодой Вселенной, что ставило под сомнение то, что ученые раньше понимали о формировании галактик. Теперь, в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, международная команда астрономов и физиков, включая ученых из Пенсильванского университета, предполагает, что эти пятнышки могут быть не галактиками, а совершенно новым типом объектов — звездами-черными дырами.
Они утверждают, что их анализ указывает на то, что крохотные световые пятнышки могут быть гигантскими сферами горячего газа, настолько плотными, что выглядят как атмосферы типичных звезд, питающихся ядерным синтезом; однако вместо синтеза они питаются сверхмассивными черными дырами в их центре, которые быстро втягивают материю, превращая ее в энергию и излучая свет.
Холодные звезды
«В основном мы рассматривали достаточное количество красных точек, пока не увидели одну, которая имела настолько особую атмосферу, что ее нельзя было объяснить как типичную звезду, которую мы ожидали бы увидеть в галактике», — сказал Джоэл Лея, доцент астрофизики в Пенсильванском университете, соавтор статьи. «Это действительно элегантный ответ, потому что мы думали, что это маленькая галактика, полная многих отдельных холодных звезд, но на самом деле это одна гигантская, очень холодная звезда».
Холодные звезды излучают мало света из-за их низкой температуры по сравнению с нормальными светилами, объяснил Лея. Большинство звезд во Вселенной являются маломассивными, более холодными звездами, но их обычно труднее увидеть, поскольку они омрачаются редкими, более яркими массивными объектами.
Астрономы идентифицируют холодные светила по их свечению, которое преимущественно находится в красном оптическом или ближнем инфракрасном спектре, то есть в диапазоне длин волн света, которые уже не просматриваются. Хотя газ вокруг сверхмассивных черных дыр обычно очень горячий, миллионы градусов Цельсия, свет от этих «красных точек» черных дыр, однако, был доминирован очень холодным газом, по словам исследователей, подобным атмосферам низкомассивных холодных звезд, исходя из длин волн света, который они излучали.
Исследуя спектры дальних объектов
С момента включения телескопа James Webb исследователи со всего мира начали замечать «маленькие красные точки» — объекты, которые казались намного более массивными, чем предполагали модели галактик.
Сначала, по словам Лея, он и его коллеги думали, что эти объекты являются зрелыми галактиками, имеющими тенденцию краснеть по мере старения звезд у них. Но объекты были слишком яркими, чтобы это можно было объяснить — звезды должны быть скоплены в галактиках с невозможной плотностью.
Чтобы лучше понять эту загадку, исследователям нужны были спектры — тип данных, которые могли бы предоставить информацию о том, сколько света излучали объекты на разных длинах волн. С января по декабрь 2024 года астрономы использовали почти 60 часов времени телескопа James Webb, чтобы получить спектры от 4500 удаленных галактик. Это один из самых больших наборов спектроскопических данных, полученных с помощью телескопа.
В июле 2024 года команда обнаружила объект со спектром, указывающим на огромную массу, что делало его самым экстремальным случаем такого раннего и крупного объекта. Астрономы дали этому объекту прозвище «Скала», обозначив его как самый перспективный тестовый случай для исследования того, что именно представляли эти «маленькие красные точки».
Объект был настолько удален, что его свет достигал Земли примерно за 11,9 миллиарда лет. Анализ спектра этого света показал, что на самом деле это была сверхмассивная черная дыра, которая втягивала окружающую среду с такой быстротой, что окружила себя огненным шаром водорода. Свет, увиденный Леей и его коллегами, происходил не от плотных скоплений звезд, а от одного гигантского объекта.
«Звезды-черные дыры»
Лея объяснил, что черные дыры находятся в центре большинства галактик. В некоторых случаях эти черные дыры в миллионы, а то и миллиарды раз массивнее нашего Солнца, втягивая окружающую материю с такой силой, что она превращается в энергию и светится.
«Никто действительно не знает, почему и откуда берутся эти гигантские черные дыры в центре галактик», — сказал Лея, который также является сотрудником Института вычислительных наук и наук о данных Пенсильванского государственного университета. «Эти черные дыры могут быть первой фазой формирования черных дыр, которые мы видим сегодня в галактиках, – сверхмассивных черных дыр на ранней стадии развития».
Он добавил, что JWST уже обнаружил признаки черных дыр с большой массой в ранней Вселенной. Эти новые объекты, по сути турбонаддувные накопители массы, могут помочь объяснить раннюю эволюцию Вселенной и стать желаемым дополнением к современным моделям. Команда планирует в будущем проверить эту гипотезу, исследуя плотность газа и силу этих ранних звезд-черных дыр, сказал Лея.
По материалам phys.org
