Телескоп Джеймса Вебба знаходить докази того, що загадкові 'маленькі червоні крапки' — це зірки чорних дір

Астрономи, які використовують телескоп Джеймса Вебба, можуть бути близькими до розгадки таємниці "маленьких червоних крапок" в ранньому всесвіті. Команда вивчила один з цих дивних об'єктів, позначений GLIMPSE-17775, виявивши докази того, що це зірка чорної діри — ненаситна, що росте надмасивна чорна діра, закутана в щільну хмару частково іонізованого газу.

Маленькі червоні крапки вперше почали з'являтися, коли телескоп Джеймса Вебба (JWST) почав надсилати дані на Землю влітку 2022 року. Деякі вчені стверджували, що вони "зламали космологію", оскільки вони з'являються у великій кількості приблизно через 600 мільйонів років після Великого вибуху, але, здається, зникають до того, як всесвіт досягне 2 мільярдів років. Було запропоновано кілька пояснень для маленьких червоних крапок, але одне, яке стало лідером, — це концепція зірок чорних дір. Якщо зірки чорних дір існують, зникнення маленьких червоних крапок буде наслідком їх інтенсивних, короткочасних сплесків зростання, які змушують їх вигоряти — або, оскільки зростаючі надмасивні чорні діри в їхніх центрах врешті-решт очищають щільний газ і пил, що їх закриває, змінюючи їх вигляд у міру еволюції в більш типові активні галактики.

Однак проблема в тому, що астрономи не змогли зібрати спостережні докази того, що маленькі червоні крапки дійсно є зірками чорних дір. Це було до того, як JWST зняв маленьку червону крапку GLIMPSE-17775, яку було видно лише через 1.8 мільярда років після Великого вибуху, під час спостережень за гравітаційно-лінзованим галактичним кластером Abell S1063. Ці дані представляють найглибший спектр світла від маленької червоної крапки, зібраний на сьогодні, і, за словами цієї команди, містять кілька ліній доказів, що вказують на зірку чорної діри.

"Я думаю, що частина наукової спільноти сходиться на єдиній картині — що маленькі червоні крапки можна пояснити моделями зірок чорних дір. Але жодна з попередніх маленьких червоних крапок не має всіх частин доказів в одному місці," — сказав Василь Кокорев з Університету Техасу в Остіні в заяві. "З GLIMPSE-17775 ми можемо перевірити ці моделі через те, наскільки глибокий і дивовижний спектр цього джерела."

Розгадка головоломки маленької червоної крапки з допомогою Ейнштейна

JWST зафіксував GLIMPSE-17775, шукаючи перше покоління зірок у нашому всесвіті, дещо заплутано названих зірками "Популяції III". Телескоп шукав ці конкретні зірки в галактиках, які складають галактичний кластер Abell S1063.

Окремо, Abell S1063 є гравітаційною лінзою, що означає, що його масивний гравітаційний вплив насправді викривляє тканину простору і часу (об'єднану в єдину чотиривимірну сутність, відому як простір-час). Це, в свою чергу, означає, що об'єкт "за" галактичним кластером, який випромінює світло в наш бік, матиме свій шлях світла викривленим разом з викривленням простору-часу. Це може створити збільшувальний ефект.

Концепція гравітаційного лінзування вперше була передбачена Альбертом Ейнштейном у його теорії загальної відносності, і саме так вчені змогли спостерігати GLIMPSE-17775 — фактично перетворивши 30 годин спостережень на майже 80.

"Коли ми вперше побачили спектр, це було як мати всі частини головоломки розкиданими по підлозі," — сказав Кокорев. "Ми підняли кожну частину головоломки, виміряли лінії і почали поєднувати різні частини в мозаїку. Можливо, кілька частин спочатку виглядали як нічого, але потім кілька з них з'єдналися, і ми зрозуміли, що там щось є."

Команда виявила кілька ліній доказів у спостереженнях JWST, які вказують на те, що "маленька червона крапка" GLIMPSE-17775 дійсно є зіркою чорної діри. Це включає випромінювання елементів, які не відповідають тому, що можна було б очікувати в обертовій газовій хмарі. Лінії випромінювання натомість вказують на розсіювання електронів, що очікується, коли джерело випромінювання оточене великою і щільною оболонкою газу. Також свідченням щільної оболонки газу були ознаки флуоресценції та випромінювання, що поглинає гелій.

Команда також спостерігала спектральні лінії заліза, які команда назвала "залізним лісом". Це те, що очікується внаслідок високої енергетичної продуктивності швидко живильної надмасивної чорної діри: зірки чорної діри. Якщо маленькі червоні крапки — це швидко акреційовані надмасивні чорні діри, закуті щільними газовими оболонками, це пояснить, чому ці загадкові об'єкти такі тьмяні в рентгенівських променях, оскільки ці кокони повинні поглинати це високоенергетичне випромінювання.

Однак в спостереженнях GLIMPSE-17775 чогось не вистачає.

Маленькі червоні крапки зазвичай мають сильний характерний провал у спектрах світла, яке вони випромінюють, відомий як "Балмерівський розрив". Команда вважає, що ця особливість є слабшою для цієї маленької червоної крапки, ніж для інших, оскільки GLIMPSE-17775 оточена масивною хост-галактикою. Отже, дані команди підходять як відсутня частина головоломки маленьких червоних крапок, гармонійно вписуючись у наше розуміння еволюції всесвіту.

"Все підходить, нічого не зламано, і я думаю, що це робить головоломку, якою є наш всесвіт, ще кращою," — підсумував Кокорев. "Дивлячись вперед, я з нетерпінням чекаю можливості заглибитися і дізнатися, що живить центральні двигуни маленьких червоних крапок. Хоча ми думаємо, що це чорна діра, пропонуються й інші цікаві теорії, що захоплює. "Можливо, через рік або два ми отримаємо остаточну відповідь на те, що живить ці джерела."

Дослідження команди було опубліковано в середу (10 червня) в Астрономічному журналі.