Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), изучая отдаленные уголки Вселенной, зафиксировал ряд загадочных объектов, получивших название маленьких красных точек (Little Red Dots, LRD). Эти компактные объекты с красноватым оттенком вызывают большой интерес у астрофизиков. Их необычная световая сигнатура не согласуется с существующими моделями. Недавнее исследование предложило предположение: LRD могут представлять собой ювенильные сверхмассивные черные дыры, которые преждевременно перешли к зрелой стадии и, следовательно, обладают гигантскими размерами.
С момента запуска 25 декабря 2021 года космический телескоп «Джеймс Уэбб» значительно расширил наши знания о Вселенной. Благодаря своим возможностям, он позволил увидеть ранее недоступные области космической истории.
К числу его наиболее важных достижений относится идентификация древнейших галактик, известных на текущий момент, сформировавшихся спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Например, галактика JADES-GS-z13-1, обнаруженная в рамках программы JADES галактика сформировалась всего через 330 миллионов лет после начала существования Вселенной, что свидетельствует о более раннем наступлении фазы реионизации, чем показывают существующие модели.
Телескоп JWST зафиксировал наличие массивных галактик, сформировавшихся более 12,8 миллиарда лет назад, получивших название «красные монстры». Масса каждой из них достигает до ста миллиардов солнечных масс. Эти данные ставят под вопрос общепринятые модели формирования звезд. Недавно телескоп впервые зарегистрировал углекислый газ в атмосфере экзопланеты.
Используя свою выдающуюся мощность, телескоп JWST смог запечатлеть свет галактик, сформировавшихся всего через 200 миллионов лет после Большого взрыва, около 13,5 миллиарда лет назад. Полученные изображения способствовали более детальному пониманию первых космических структур.
Телескоп также выявил загадочные объекты, возраст которых превышает 12 миллиардов лет, возникшие на самых ранних этапах развития Вселенной. Эти ранее не обнаруженные структуры не согласуются с современными представлениями о формировании галактик. Их необычная яркость в красной части спектра привела к тому, что их стали называть «маленькие красные точки» (LRD).
Их наличие представляется противоречащим стандартным астрофизическим процессам. Звезды обычно проходят длительную эволюцию, меняя цвет от синего к красному на протяжении миллиардов лет, в то время как эти объекты сразу же проявляют красный оттенок — примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва.
Интенсивность света, излучаемого этими объектами, значительно возрастает вследствие эффекта Доплера, что указывает на скорость движения газа, превышающую 1 000 километров в секунду. Подобные орбитальные скорости позволяют сделать вывод о наличии в центре этих объектов сверхмассивных черных дыр, которые активно аккрецируют окружающую материю.
По мнению исследователей, эти LRD могут являться новой формой активных галактических ядер ( АЯГ) — эти области космоса характеризуются тем, что газ, притягиваемый черной дырой, испускает большое количество энергии. Однако, в отличие от обычных активных галактик, LRD практически не излучают рентгеновские и радиоволны. Даже в инфракрасном диапазоне их энергетические характеристики вызывают удивление: они кажутся одновременно слабыми и необычными.
Спектроскопическое исследование для разгадки природы LRD
«Природа этих явлений вызывает дискуссии, однако, по нашему мнению, источником их энергии служат либо сверхмассивные черные дыры, либо процессы интенсивного звездообразования », — отмечают исследователи под руководством профессора Дараха Джафара Ватсона из Копенгагенского университета в работе, представленной в предварительной публикации на платформе . «Эти объекты обладают аномальными свойствами, характерными для сверхмассивных черных дыр, включая крайне низкую интенсивность радио- и рентгеновского излучения », — добавляют они.
Для выяснения особенностей этих аномальных объектов, Уотсон и его команда провели исследование 12 LRD с использованием спектрографов с высоким разрешением, установленными на телескопе JWST, и сопоставили полученные данные с теоретическими моделями, описывающими формирование сверхмассивных черных дыр.
Было установлено, что эти объекты находятся в окружении облака газа с высоким уровнем ионизации. Данная оболочка, состоящая из свободных электронов, способна поглощать значительную долю рентгеновского излучения и радиоволн, что и обуславливает их отсутствие в наблюдениях. В случае, если облако достаточно плотное и способно затухать излучение, это указывает на то, что черные дыры, которые оно скрывает, должны генерировать значительную энергию, чтобы LRD демонстрировали такую высокую яркость в инфракрасном и красном диапазонах.
Растущие черные дыры?
По мнению ученых, сверхмассивные черные дыры LRD поглощают вещество с интенсивностью, приближающейся к пределу Эддингтона. Этот предел определяет порог, при котором излучение, испускаемое черной дырой, компенсирует ее гравитационное притяжение. Если скорость аккреции превышает этот предел, высвобождаемая энергия препятствует поглощению материи.
По результатам исследования, их масса варьируется от 10 000 до миллиона солнечных масс, что значительно меньше массы типичных сверхмассивных черных дыр. Следовательно, эти LRD, возможно, демонстрируют начальный этап формирования подобных объектов.
Возможно, обнаружено ранее неизвестный этап в развитии сверхмассивных черных дыр?
Ученые считают, что LRD являются промежуточным звеном в формировании сверхмассивных черных дыр. В процессе увеличения в размерах они постепенно рассеивают окружающее газовое облако, ионизированное. По завершении этой фазы они эволюционируют в типичные АЯГ, которые можно наблюдать в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Данная гипотеза также может объяснить отсутствие аналогов LRD в более поздней Вселенной: эти объекты, вероятно, уже давно эволюционировали в зрелые галактики, практически не сохранив следов своей изначальной светимости.