Раскрыта природа «маленьких красных точек», обнаруженных в ранней Вселенной

Астрономы сделали важный шаг к разгадке одной из самых интригующих тайн, открытых космическим телескопом «James Webb». Объекты, получившие название «маленькие красные точки», которые с 2022 года вызывали жаркие споры в научном сообществе, с большой вероятностью являются не необычайно массивными молодыми галактиками, а сверхмассивными черными дырами, скрытыми за плотной завесой газа. Результаты исследования и выводы ученых представлены в журнале Nature.

Загадка ранней Вселенной

«Маленькие красные точки» были обнаружены «James Webb» вскоре после начала его научной работы. Эти компактные и яркие объекты существовали всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Первоначально их приняли за галактики с огромным количеством звезд – сравнимым или даже превышающим массу звезд Млечного Пути. Однако такая интерпретация плохо согласовывалась с современными космологическими моделями: в столь раннюю эпоху Вселенной просто не должно было быть достаточно вещества для формирования настолько массивных галактик.

Дополнительную интригу создавали спектры «маленьких красных точек». В них наблюдались крайне широкие линии излучения водорода, указывающие на движение газа со скоростями в тысячи километров в секунду. Обычно такие скорости характерны для активных галактических ядер – областей вокруг сверхмассивных черных дыр. Но при этом астрономы не находили сопутствующего рентгеновского или радиoизлучения, которое почти всегда сопровождает этих гравитационных монстров.

След электронного рассеяния

В ходе исследования астрономы подробно изучили линию Hα – характерное излучение водорода. Оказалось, что у «маленьких красных точек» эта линия выглядит необычно: вместо привычной плавной формы она имеет более резкий, «шатровый» профиль. Это означает, что свет многократно рассеивается на электронах в плотном облаке горячего газа, окружающем виновника излучения.

Ученые смоделировали ситуацию, в которой яркий компактный источник света окружен оболочкой из плотного ионизированного газа. В рамках этой модели размеры источников оказались меньше трети светового года – по космическим меркам это крошечная область, во много раз меньше любой галактики. При этом светимость – эквивалентна сотням миллиардов Солнц. Это практически исключает галактическую природу «маленьких красных точек» и указывает на сверхмассивные черные дыры, активно поглощающие вещество.

Молодые квазары в «коконе»

Когда исследователи учли эффект электронного рассеяния и выделили «истинную» ширину спектральных линий, оценки масс черных дыр резко снизились – до диапазона от 100 тысяч до 10 миллионов масс Солнца. Это примерно в сто раз меньше прежних оценок и хорошо вписывается в стандартные сценарии эволюции Вселенной.

Плотный газовый кокон вокруг черной дыры, по мнению авторов, поглощает большую часть высокоэнергетического излучения, из-за чего источники «прячутся» от рентгеновских и радиотелескопов. Таким образом, «маленькие красные точки» могут быть самыми ранними стадиями эволюции квазаров – своеобразными «куколками», из которых со временем появятся яркие «голубые» квазары, некогда принимаемые за странные звезды.

Если эти выводы подтвердятся на более крупной выборке объектов, «маленькие красные точки» станут ключом к пониманию того, как первые сверхмассивные черные дыры формировались и росли в молодой Вселенной, снова напоминая, что космос любит удивлять даже самых опытных астрономов.