Астрономи запропонували переконливе пояснення однієї з найбільших загадок, відкритих космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST). За даними нових комп’ютерних моделей, загадкові об’єкти, відомі як «малі червоні цятки» (Little Red Dots, LRDs), найімовірніше є місцями народження перших надмасивних чорних дір. Про це повідомляє матеріал Newswise Science News.
Загадкові червоні точки раннього Всесвіту
Від початку роботи телескопа Джеймса Вебба астрономи помітили на знімках раннього Всесвіту сотні компактних, дуже яскравих об’єктів. На зображеннях вони виглядають як крихітні червоні цятки та не вписуються в жодні наявні теоретичні моделі.
LRDs мають всього кілька сотень світлових років у поперечнику, але випромінюють світло, порівняне за яскравістю з набагато більшими галактиками. Їхні незвичні, V-подібні спектри не вдавалося пояснити стандартними астрофізичними сценаріями. До того ж у цих об’єктів не фіксують рентгенівське та радіовипромінювання, що ще більше ускладнювало пошук пояснення.
Симуляції вказують на зародження надмасивних чорних дір
Міжнародна команда вчених застосувала детальні космологічні симуляції, щоб перевірити, що саме може ховатися за дивними спостереженнями JWST. Моделювання показало, що LRDs найбільш логічно пояснюються як первісні галактики, у центрі яких формуються масивні чорні діри, що виникли внаслідок колапсу надмасивних первісних зір.
Згідно з цими розрахунками, чорні діри в таких системах мають масу близько 10 мільйонів мас Сонця. Вирішальну роль відіграє те, що вони залишаються зануреними в гігантські газові диски, з яких утворилися. Ця щільна оболонка приховує значну частину їхньої активності.
Густий газ навколо чорної діри поглинає високоенергетичне рентгенівське випромінювання, тому телескопи його майже не бачать. Водночас частина ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного світла крізь цей газ проходить, створюючи незвичні світлові «підписи», які й реєструє JWST.
Щільні зоряні скупчення та поєднання кольорів
Симуляції також показують, що такі системи містять дуже щільні зоряні скупчення — порядку 100 мільйонів зір у регіоні діаметром близько 500 світлових років. Це добре узгоджується зі спостереженнями реальних малих червоних цяток.
У невеликій галактиці поруч із центральною чорною дірою формується великий скупчений масив зір. Саме він генерує «синю» частину спектра, яка доповнює червоне інфрачервоне випромінювання від газу біля чорної діри. Разом це пояснює характерну форму спектра LRDs, зокрема їхні V-подібні особливості.
Чому нова модель краща за попередні
Раніше астрономи розглядали кілька версій: що малі червоні цятки можуть бути компактними зоряними скупченнями, сильно затемненими чорними дірами, надмасивними окремими зорями або навіть екзотичними гіпотетичними об’єктами на кшталт «зір-чорних дір». Але жодна з цих гіпотез не могла одночасно пояснити їхнє походження, велику кількість, тривалість існування та дивні спектральні характеристики.
Нова модель на основі космологічних симуляцій відтворює одразу широкий діапазон властивостей, спостережених у JWST для різних LRDs, включно з деякими з найдальших і найекстремальніших об’єктів цього типу. Вона логічно пов’язує яскравість, компактність, форму спектра і відсутність потужного рентгенівського випромінювання.
Автори роботи підкреслюють, що якщо інтерпретація правильна, астрономи фактично спостерігають перші етапи народження надмасивних чорних дір менше ніж через мільярд років після Великого вибуху. Це дає нові підказки до розуміння, як у молодому Всесвіті так швидко з’явилися гігантські чорні діри у центрах галактик.
Результати дослідження опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters і представляють попередню, але узгоджену з нинішніми спостереженнями картину природи «малих червоних цяток» телескопа Джеймса Вебба.