Загадочные «маленькие красные точки», замеченные космическим телескопом Джеймса Уэбба, можно объяснить существованием нового типа черной дыры, окутанной огромным шаром светящегося газа.
Газовые шары с чёрной дырой в центре могут светиться, как звезда. Shutterstock / Назарий_Нещеренский
Ранняя Вселенная, по-видимому, была усеяна огромными звездоподобными газовыми шарами, питаемыми черной дырой в их ядре. Это открытие стало неожиданностью для астрономов и может помочь разгадать одну из самых больших загадок, выявленных благодаря открытиям космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).
Когда телескоп JWST впервые начал изучать историю Вселенной за первый миллиард лет, астрономы обнаружили группу чрезвычайно компактных, красных и очень ярких галактик, непохожих ни на одну из тех, что мы можем видеть в нашей локальной Вселенной. Наиболее популярные объяснения этих так называемых маленьких красных точек (ЛРТ) предполагали, что это либо сверхмассивные черные дыры с вихрями пыли вокруг них, либо галактики, очень плотно заполненные звездами, — но ни одно из этих объяснений полностью не объясняло свет, который регистрировал JWST.
Ранее в этом году астрономы предположили, что LRD представляют собой плотные газовые сферы с черной дырой в центре, называемые звездами-черными дырами. «Когда вещество падает в черную дыру, высвобождается огромное количество гравитационной энергии, и это может заставить весь окружающий ее газовый шар светиться, как звезда», — говорит Анна де Граафф из Гарвардского университета. Хотя энергия не поступает от ядерного синтеза, как в обычной звезде, конечным результатом является похожий светящийся шар плотного газа, только в гораздо большем масштабе, в миллиарды раз ярче нашего Солнца, говорит де Граафф.
Однако, несмотря на наличие нескольких многообещающих LRD, подтверждающих эту интерпретацию, она всё ещё оставалась спорной.
Теперь де Граафф и ее коллеги проанализировали самую широкую выборку дальних радиационных разломов с момента начала наблюдений телескопа JWST, включающую более сотни галактик, и пришли к выводу, что они лучше всего объясняются звездоподобными объектами, или черными дырами. «Название «черная дыра» по-прежнему вызывает споры, но я думаю, что сейчас в сообществе существует достаточно хороший консенсус относительно того, что мы наблюдаем аккрецирующую черную дыру, окутанную плотным газом», — говорит де Граафф.
Когда команда исследовала яркость света на разных частотах, называемую спектром, исходящего от LRD, полученные картины лучше всего соответствовали свету, исходящему от одной относительно гладкой поверхности, называемой черным телом. Так же выглядят и звезды, в отличие от более сложных и резких спектров, наблюдаемых в галактиках, которые излучают свет от комбинации звезд, пыли, газа и центральной черной дыры.
«Модель черной дыры как звезды существует уже давно, но считалась очень странной и нетипичной, однако на самом деле она, похоже, работает и имеет наибольший смысл», — говорит Джиллиан Белловари из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке.
«Когда вы используете модель черной дыры и звезды, это действительно очень упрощает ситуацию», — говорит Энтони Тейлор из Техасского университета в Остине. «Это всего лишь простая модель, но она очень хорошо объясняет [наблюдения], не требуя никакой экзотической физики».
В сентябре де Граафф и ее коллеги также обнаружили отдельный, единичный LRD с чрезвычайно резким пиком частоты света, исходящего от галактик, который они прозвали «Утесом». «Мы увидели определенные особенности в спектре, которые действительно нельзя было объяснить ни одной из наших существующих моделей», — говорит де Граафф. «Когда у вас есть это, вы можете впервые с уверенностью сказать, что нам нужно отказаться от обеих рассматриваемых нами моделей. Нам нужно рассмотреть что-то другое».
Хотя многие астрономы сейчас согласны с тем, что большие радиальные деформационные звезды (ЛРД) функционируют как огромные звезды, доказать, что источником их энергии является черная дыра, будет сложно, говорит де Граафф. «Центр этого объекта находится внутри очень плотной, или оптически непрозрачной, оболочки. То, что находится внутри, заслонено окружающими объектами», — говорит де Граафф. «Мы думаем, что это черные дыры, только потому, что они очень яркие».
Один из способов доказать, что это черные дыры, — это наблюдать за изменением интенсивности исходящего от них света во времени и проверять, изменяется ли она так же, как, по нашему мнению, изменяются черные дыры в нашей локальной Вселенной, говорит Сихан Цзи из Кембриджского университета. «Вы видите, как яркость меняется в относительно короткие промежутки времени, например, в течение месяцев или даже дней, но для этих маленьких красных точек, похоже, большую часть времени практически нет никаких свидетельств такой изменчивости».
Найти доказательства более длительных изменений интенсивности света в галактиках с большим радиусом рассеяния (LRD) может быть сложно, поскольку телескоп JWST располагает ограниченным временем для наблюдений, но другое недавнее исследование может дать некоторые подсказки. Фэнву Сунь из Гарвардского университета и его коллеги обнаружили галактику с большим радиусом рассеяния (LRD), свет которой искривился вокруг очень массивной галактики, расположенной между ней и Землей, — так называемую гравитационную линзу. Линза создала четыре изображения исходной галактики с большим радиусом рассеяния (LRD), но поскольку свет для каждого изображения прошел разное расстояние, чтобы достичь нас, каждое из них эквивалентно наблюдению за галактикой в разные моменты времени за 130-летний период.
На четырех снимках, по-видимому, наблюдается изменчивость яркости, подобная той, что характерна для известных пульсирующих звезд, но указывающая на гораздо большую ширину, что опять же согласуется с гипотезой о звезде-черной дыре. Сунь и его команда отказались от комментариев для журнала New Scientist.
Хотя идея использования гравитационной линзы для измерения LRD в разное время кажется остроумной, существуют и другие объяснения вариаций яркости, говорит Белловари. «Я не уверен, что данных достаточно, чтобы действительно подтвердить их утверждение. Я не говорю, что их утверждение неверно, но думаю, что вариации могут быть объяснены и другими факторами».
Если эти галактики действительно окажутся звёздами-чёрными дырами, то потребуются совершенно новые модели их образования и того, во что эти чёрные дыры превратятся в будущем, говорит де Граафф, потому что мы не видим никаких эквивалентных систем в нашей локальной Вселенной.
«По сути, это может быть новый режим роста или часть истории роста этих сверхмассивных черных дыр», — говорит она. «Проходят ли они только через одно из этих событий, какова продолжительность их жизни или насколько значителен их вклад [в конечную массу черной дыры] — до сих пор остается совершенно неясным».
arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2511.21820
Тайны Вселенной: Чешир, Англия
Проведите выходные в компании самых выдающихся ученых, исследуя тайны Вселенной в рамках увлекательной программы, которая включает в себя экскурсию к знаменитому телескопу Ловелла.
Узнать больше
Источник: www.newscientist.com
