Космический детектив: Загадка «маленьких красных точек» «Джеймса Уэбба» и рождение сверхмассивных черных дыр
Когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) начал работу, одной из его первых задач стал поиск галактик, существовавших в самой ранней Вселенной. Уже в декабре 2022 года наблюдения выявили несколько объектов, выглядящих как «маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRDs), что породило жаркие споры об их природе. Хотя текущий консенсус считает их компактными ранними галактиками, дебаты об их составе и причине их необычного красного цвета не утихают.
С одной стороны, существует «звездная» гипотеза, утверждающая, что LRDs выглядят красными потому, что они переполнены звездами и пылью. Это означает, что они могут быть похожи на «запыленные галактики», наблюдаемые во Вселенной сегодня. С другой стороны, есть теория «сверхмассивных черных дыр и галактик», которая предполагает, что LRDs являются ранними примерами активных галактических ядер (AGN), повсеместно существующих в современной Вселенной. Каждая из моделей имеет серьезные последствия для нашего понимания того, как эти галактики эволюционировали в те, что мы видим сегодня.
В недавней статье, размещенной на сервере препринтов arXiv, международная команда астрономов рассмотрела различные сценарии. Они пришли к выводу, что LRDs начали свой путь как «чисто звездные» галактики, которые в конечном итоге сформировали зародыши сверхмассивных черных дыр (SMBHs) в центрах современных галактик.
Исследование возглавил профессор астрономии из Университета Чили Андрес Эскала. Вместе с коллегами из Астрономического вычислительного института в Гейдельбергском университете, Йельского университета и Университета Сапиенца в Риме они предложили модель, объединяющую две, казалось бы, противоречивые теории. Их статья «On the Fate of Little Red Dots» («О судьбе маленьких красных точек») в настоящее время проходит рецензирование для публикации в The Astrophysical Journal.
Открытие LRDs озадачило астрономов, поскольку эти объекты обладают характеристиками, напоминающими современные астрономические объекты, но с важными отличиями. Например, «звездная» интерпретация предполагает, что LRDs — это интенсивно формирующие звезды, запыленные галактики с чрезвычайно плотными центральными областями. Эта теория объясняет, почему эти галактики выглядят такими компактными и красными. Однако ширина линий излучения водорода в их спектрах (линии бальмеровской серии) указывает на дисперсию скоростей, значительно более высокую, чем у известных ранних галактик, что должно приводить к долгосрочной нестабильности.
В свою очередь, интерпретация о сверхмассивных черных дырах подтверждается наличием широких бальмеровских линий излучения, что типично для массивных черных дыр в их центрах. Однако большинство LRDs не испускают значительного количества рентгеновского излучения (что характерно для квазаров), а предполагаемые черные дыры оказываются непропорционально массивными по отношению к своим галактикам-хозяевам.
Тем не менее, как пояснил профессор Эскала в электронном письме для Universe Today, эти два объяснения считаются наиболее вероятными, поскольку они «менее экзотичны», чем альтернативы. «LRDs — это объекты, которые ранее никогда не наблюдались при низких значениях красного смещения (z). Интерпретация с черной дырой и галактикой благоприятна, потому что такие объекты «нормальны» в локальной Вселенной, но с другими «весами». В местной Вселенной масса SMBH составляет 0.1% от массы галактики; однако для LRDs она бы составляла 10% (в 100 раз больше)».
Команда Эскалы начала со «звездной» интерпретации, но рассмотрела, как LRDs могли эволюционировать, чтобы соответствовать и модели с черной дырой. Их теория объединяет эти две интерпретации, предполагая, что они представляют собой разные стадии эволюции этих ранних галактик. Эта идея поддерживается тем, что лишь немногие LRDs detectable в рентгеновском диапазоне по сравнению с квазарами в более поздней Вселенной:
«В рамках эволюционного пути, предложенного в нашей статье, отсутствие рентгеновских лучей basically говорит нам о том, что большинство LRDs находятся на ранних стадиях такой эволюции. Переходная природа LRDs (они появляются во Вселенной только между z=8 и 4, что эквивалентно 10% возраста Вселенной) может поддерживать идею, что эти объекты можно наблюдать только на их ранних стадиях, эволюционируя позже в системы, более похожие на те, что наблюдаются при меньших красных смещениях».
Короче говоря, их теория предполагает, что LRDs в конечном итоге станут хозяевами сверхмассивной черной дыры, потому что даже в рамках «звездной» интерпретации экстремальная плотность LRDs implies, что значительная часть их внутренних regions в конечном итоге сформирует массивную черную дыру, которая будет непропорционально велика для своей галактики.
Такой эволюционный подход к LRDs предлагает более комплексное объяснение наблюдениям «Уэбба» за ранней Вселенной. Это может иметь серьезные последствия для наших текущих моделей космологии и галактической эволюции, которые были поставлены под сомнение недавним открытием этих чрезвычайно компактных и красных галактик.
«Это означает, что LRDs, вероятно, являются наиболее благоприятными местами для образования сверхмассивных черных дыр, — заключает Эскала. — Даже если эти системы состоят только из звезд, наша работа implies, что такая звездная система не может быть стабильной и неизбежно будет стремиться к формированию SMBHs. Таким образом, во всех предложенных сценариях LRDs являются местами ongoing или недавно сформированных сверхмассивных черных дыр, что дает нам ключ к решению одной из самых открытых проблем в формировании структур и космологии».
Будущие исследования будут направлены на поиск «промежуточных звеньев» — объектов, которые демонстрируют черты как «звездных» галактик, так и активных ядер с черными дырами, чтобы напрямую подтвердить proposed эволюционный путь. Ответ на загадку «маленьких красных точек» может стать недостающим пазлом в понимании того, как зародыши сверхмассивных черных дыр успели вырасти до таких гигантских размеров за относительно короткое время существования молодой Вселенной.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
