Маленькі червоні крапки можуть бути давніми глобулярними скупченнями з надмасивними зірками

Дослідження, опубліковане в журналі The Astrophysical Journal Letters, пропонує нову перспективу на два астрономічні феномени: глобулярні скупчення (GC) та загадкові "Маленькі червоні крапки" (LRD), які були виявлені телескопом JWST. Автори дослідження, очолювані Джоном Чішолмом з університету Техасу, вважають, що ці червоні крапки можуть бути етапом формування глобулярних скупчень.

Це зображення показує кілька Маленьких червоних крапок, виявлених JWST. Велику кількість LRD було виявлено приблизно через 600 мільйонів років після Великого вибуху, після чого їх кількість різко зменшилася приблизно через 1,5 мільярда років.

Маленькі червоні крапки, які вчені описують як "загадкові відкриття з високим червоним зсувом", існували між 13,2 і 12,2 мільярдами років тому. Вони можуть бути активними ядерними галактик, надмасивними первинними зірками або навіть первинними галактиками. Однак, автори дослідження пропонують розглянути можливість, що ці об'єкти є глобулярними скупченнями в процесі формування.

Глобулярні скупчення, на відміну від LRD, є добре відомими об'єктами, що складаються з зірок, які утримуються разом гравітаційними силами. Одне таке скупчення може містити мільйони зірок, які, як правило, є старшими і мають нижчу металічність. У нашій галактиці налічується щонайменше 150 глобулярних скупчень, які є одними з найстаріших об'єктів у галактиці.

Дослідники використовували моделювання, щоб виявити зв'язок між LRD і GC. Хоча зовнішній вигляд цих об'єктів відрізняється, автори відзначають, що ми спостерігаємо їх у зовсім різних часових рамках. Глобулярні скупчення, які ми бачимо в локальному Всесвіті, пройшли мільярди років еволюції.

"Ми зазвичай бачимо їх після мільярдів років еволюції, коли їх масивні зірки зникли, а газ очищений. Це ускладнює відтворення умов, за яких вони сформувалися," — пояснює астроном Деніел Берг.

Популяція зірок у глобулярному скупченні утворилася приблизно в один і той же час під час активної зоряної формації в ранньому Всесвіті, що має на увазі схожість у металічності та хімічному складі. Однак астрономи виявляють, що деякі елементи, такі як гелій, азот, натрій і алюміній, є в достатній кількості, тоді як вуглець, кисень і магній — у дефіциті.

"Цей специфічний шаблон вказує на ядерний синтез при дуже високих температурах, значно вищих, ніж у ядрах навіть масивних нормальних зірок," — зазначає Майк Бойлан-Колкін, співавтор дослідження. Надмасивна зірка може бути в тисячі разів масивнішою за Сонце і достатньо гарячою, щоб синтезувати натрій і алюміній у великій кількості.

Надмасивна зірка, що займає центральне місце в глобулярному скупченні, не могла б утворитися з одного колапсу, як наш Сонце, а скоріше через серію злиттів зірок. Коли ці зірки помирають, вони викидають матеріал, що "посіває" наступне покоління зірок хімічними слідами, які ми спостерігаємо в глобулярних скупченнях сьогодні.

"У нашій моделі надмасивна зірка, яка допомагає об'єкту виглядати як Маленька червона крапка, житиме лише короткий час. Після її смерті об'єкт може більше не виглядати як Маленька червона крапка, навіть якщо скупчення саме виживе мільярди років," — додає Чішолм.

Основним доказом зв'язку є спектральні профілі LRD і SMS. "LRD зазвичай визначаються їх V-подібною спектральною морфологією," — зазначають автори. Моделювання показало, що спектральний профіль комбінації надмасивної зірки та зоряного скупчення добре відповідає спостережуваним профілям LRD.

Ця фігура показує спектральні профілі дуже яскравої LRD з ім'ям A2744-45924. Темно-синя лінія показує SMS, жовта лінія — зоряне скупчення, а червона лінія — комбінацію SMS та зоряного скупчення.

Дослідники також вивчили кількість LRD, щоб перевірити, чи відповідає вона кількості GC в локальному Всесвіті. Вони моделювали, як виглядала б масова функція LRD сьогодні, якщо припустити, що вони еволюціонували в масу сучасних GC.

"Ми оцінюємо загальну сучасну густину LRD, що утворилася на всіх червоних зсувів, приблизно 0,3 Mpc−3, що схоже на локальні глобулярні скупчення," — пишуть автори.

Ця фігура показує, як еволюціонована фінальна масова функція LRD відповідає популяції GC Чумацького Шляху та Кластеру Діви.

Попри цікаві результати, дослідники закликають до обережності. "Хоча ця гіпотеза залишається правдоподібною, наразі не можна зробити остаточний висновок, і ми окреслюємо кілька спостережень для перевірки цієї гіпотези," — підкреслюють вони.

"На даний момент немає єдиного безсумнівного доказу, що Маленькі червоні крапки є глобулярними скупченнями, але це пояснило б багато різноманітних і несподіваних спостережень," — зазначає Бойлан-Колкін.

"Маленькі червоні крапки можуть бути галактиками, вони можуть бути пов'язані з чорними дірами або навіть чимось ще більш несподіваним," — продовжує Чішолм. "Наша робота показує, що формування глобулярних скупчень з надмасивними зірками повинно бути частиною цієї дискусії."

"Якщо це підтвердиться, LRD відкривають безпосередній погляд на формування глобулярних скупчень і відкривають нове вікно на екстремальну зоряну астрофізику, що характеризується інтенсивними радіаційними полями. Їхня висока світність свідчить про те, що подібні системи можуть бути спостережувані навіть у більш ранніх епохах, потенційно характеризуючи перші покоління зірок," — підсумовують автори.