Таємничі «червоні цятки» виявлені телескопом James Webb можуть виявитися зовсім не цілими молодими галактиками, як вважають вчені. Це може бути абсолютно новий тип об’єктів, названий дослідниками «зорі-чорні діри».
Загадкові «червоні цятки»
Використовуючи перші набори даних, опубліковані телескопом у 2022 році, міжнародна група вчених, до складу якої входили дослідники з Пенсильванського державного університету, виявила загадкові «маленькі червоні цятки». Дослідники припустили, що ці об’єкти можуть бути галактиками, які були настільки ж зрілими, як наш нинішній Чумацький Шлях, вік якого становить приблизно 13,6 мільярда років, всього через 500–700 мільйонів років після Великого вибуху.
Неофіційно названі командою «руйнівниками Всесвіту», ці об’єкти спочатку вважалися галактиками, набагато старшими, ніж будь-хто очікував у молодому Всесвіті, що ставило під сумнів те, що вчені раніше розуміли про формування галактик. Тепер, у статті, опублікованій у журналі Astronomy & Astrophysics, міжнародна команда астрономів і фізиків, включно з вченими Пенсильванського університету, припускає, що ці цятки можуть бути не галактиками, а зовсім новим типом об’єктів — зорями-чорними дірами.
Вони стверджують, що їхній аналіз вказує на те, що крихітні світлові цятки можуть бути гігантськими сферами гарячого газу, які настільки щільні, що мають вигляд атмосфери типових зір, що живляться ядерним синтезом; однак замість синтезу вони живляться надмасивними чорними дірами в їхньому центрі, які швидко втягують матерію, перетворюючи її на енергію і випромінюючи світло.
Холодні зорі
«В основному, ми розглядали достатню кількість червоних цяток, поки не побачили одну, яка мала настільки особливу атмосферу, що її не можна було пояснити як типову зорю, яку ми очікували б побачити в галактиці», — сказав Джоел Лея, доцент астрофізики в Пенсильванському університеті, співавтор статті. «Це дійсно елегантна відповідь, тому що ми думали, що це маленька галактика, повна багатьох окремих холодних зір, але насправді це одна гігантська, дуже холодна зоря».
Холодні зорі випромінюють мало світла через їх низьку температуру в порівнянні з нормальними світилами, пояснив Лея. Більшість зір у Всесвіті є маломасивними, холоднішими зорями, але їх зазвичай важче побачити, оскільки вони затьмарюються рідкісними, більш яскравими масивними об’єктами.
Астрономи ідентифікують холодні світила за їхнім світінням, яке переважно знаходиться в червоному оптичному або ближньому інфрачервоному спектрі, тобто в діапазоні довжин хвиль світла, які вже не є видимими. Хоча газ навколо надмасивних чорних дір зазвичай дуже гарячий, мільйони градусів Цельсія, світло від цих «червоних цяток» чорних дір натомість було доміноване дуже холодним газом, за словами дослідників, подібним до атмосфер низькомасивних холодних зір, виходячи з довжин хвиль світла, яке вони випромінювали.
Досліджуючи спектри далеких об’єктів
З моменту початку роботи телескопа James Webb дослідники з усього світу почали помічати «маленькі червоні цятки» — об’єкти, які здавалися набагато масивнішими, ніж передбачали моделі галактик.
Спочатку, за словами Лея, він і його колеги думали, що ці об’єкти є зрілими галактиками, які мають тенденцію червоніти в міру старіння зір у них. Але об’єкти були занадто яскравими, щоб це можна було пояснити — зорі мали б бути скупчені в галактиках з неможливою щільністю.
Щоб краще зрозуміти цю загадку, дослідникам були потрібні спектри — тип даних, які могли б надати інформацію про те, скільки світла випромінювали об’єкти на різних довжинах хвиль. З січня по грудень 2024 року астрономи використали майже 60 годин часу телескопа James Webb, щоб отримати спектри від загалом 4500 віддалених галактик. Це один з найбільших наборів спектроскопічних даних, отриманих за допомогою телескопа.
У липні 2024 року команда виявила об’єкт зі спектром, який вказував на величезну масу, що робило його найекстремальнішим випадком такого раннього і великого об’єкта. Астрономи дали цьому об’єкту прізвисько «Скеля», позначивши його як найперспективніший тестовий випадок для дослідження того, що саме являли собою ці «маленькі червоні цятки».
Об’єкт був настільки віддалений, що його світло досягало Землі приблизно за 11,9 мільярда років. Аналіз спектра цього світла показав, що насправді це була надмасивна чорна діра, яка втягувала навколишнє середовище з такою швидкістю, що оточила себе вогняною кулею водню. Світло, яке побачили Лея та його колеги, походило не від щільних скупчень зір, а від одного гігантського об’єкта.
«Зорі-чорні діри»
Лея пояснив, що чорні діри знаходяться в центрі більшості галактик. У деяких випадках ці чорні діри в мільйони, а то й мільярди разів масивніші за наше Сонце, втягуючи навколишню матерію з такою силою, що вона перетворюється на енергію та світиться.
«Ніхто насправді не знає, чому і звідки беруться ці гігантські чорні діри в центрі галактик», — сказав Лея, який також є співробітником Інституту обчислювальних наук і наук про дані Пенсильванського державного університету. «Ці чорні діри можуть бути першою фазою формування чорних дір, які ми бачимо сьогодні в галактиках, — надмасивних чорних дір на ранній стадії розвитку».
Він додав, що JWST вже виявив ознаки чорних дір з великою масою в ранньому Всесвіті. Ці нові об’єкти, які по суті є турбонаддувними накопичувачами маси, можуть допомогти пояснити ранню еволюцію Всесвіту і стати бажаним доповненням до сучасних моделей. Команда планує в майбутньому перевірити цю гіпотезу, досліджуючи щільність газу та силу цих ранніх зір-чорних дір, сказав Лея.
За матеріалами phys.org
