Таинственные красные точки Джеймса Уэбба — это новорожденные черные дыры, охваченные бурным ростом.
«Маленькие красные точки — это молодые черные дыры, в сто раз менее массивные, чем считалось ранее, окутанные газовым коконом, который они поглощают, чтобы расти в размерах. Этот процесс генерирует огромное количество тепла, которое проникает сквозь кокон. Это излучение, проходящее через кокон, придает маленьким красным точкам их уникальный красный цвет», — говорит профессор Дарач Уотсон. Фото: Дарач Уотсон/JWST
С тех пор как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) начал свою научную работу, астрономы были заинтригованы странными красными точками, появляющимися на снимках далекой Вселенной. Ученые из Копенгагенского университета теперь определили, что это за объекты, обнаружив экстремальную космическую активность, скрытую внутри плотных облаков ионизированного газа. Их результаты были опубликованы в журнале Nature 14 января.
Когда в декабре 2021 года Джеймс Уэбб сделал первые снимки с расстояния около 1,5 миллионов километров от Земли, исследователи быстро заметили нечто неожиданное. Среди звезд и галактик были разбросаны маленькие необъяснимые красные точки света, которые не соответствовали существующим моделям ранней Вселенной.
Космическая загадка Ранней Вселенной
Эти объекты, прозванные «маленькими красными точками», появились в период, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет. Примерно через миллиард лет они, похоже, исчезли из поля зрения. Их кратковременное появление вызвало серьезный вопрос: что именно представляют собой эти светящиеся красные источники?
По одной из ранних версий, это были массивные галактики, достаточно яркие, чтобы их можно было обнаружить за 13 миллиардов лет космической истории. Однако это объяснение противоречило тому, что ученые знают о формировании галактик. Такие большие галактики не должны были появиться так скоро после Большого взрыва, поскольку для их формирования требуется гораздо больше времени.
Черные дыры, скрытые в газовых коконах
После двухлетнего анализа данных Уэбба исследователи из Центра космических исследований Института Нильса Бора пришли к другому выводу. Красные точки питаются черными дырами, самыми экстремальными объектами, известными во Вселенной. Эти наблюдения дают редкий взгляд на то, как образовались и начали расти первые черные дыры.
«Маленькие красные точки — это молодые черные дыры, в сто раз менее массивные, чем считалось ранее, окутанные газовым коконом, который они поглощают, чтобы расти в размерах. Этот процесс генерирует огромное количество тепла, которое проникает сквозь кокон. Именно это излучение, проходящее через кокон, придает маленьким красным точкам их уникальный красный цвет», — говорит профессор Дарач Уотсон, один из ведущих авторов исследования.
«Они гораздо менее массивны, чем считалось ранее, поэтому нам не нужно прибегать к совершенно новым типам явлений, чтобы объяснить их».
Значимость открытия позволила команде Центра космических исследований «Рассвет» попасть на первую полосу Nature, одного из самых влиятельных научных журналов в мире.
Почему черные дыры «Едят неаккуратно»
К настоящему времени астрономы идентифицировали сотни таких маленьких красных точек, и все они являются молодыми черными дырами. Несмотря на то, что они являются одними из самых маленьких черных дыр, когда-либо наблюдавшихся, они по-прежнему огромны по обычным меркам: их масса в 10 миллионов раз превышает массу Солнца, а ширина составляет около десяти миллионов километров.
Черные дыры растут, втягивая близлежащие газ и пыль. Поскольку горизонты их событий относительно малы, материал, падающий внутрь, становится чрезвычайно горячим и ярким, прежде чем достигнет точки невозврата. Этот процесс высвобождает больше энергии, чем почти любое другое известное явление во Вселенной. Интенсивное излучение выталкивает большую часть поступающего материала обратно наружу, вместо того чтобы позволить ему быть поглощенным.
«Когда газ падает на черную дыру, он закручивается в спираль, образуя что-то вроде диска или воронки, направляясь к поверхности черной дыры. В конечном итоге газ движется так быстро и сжимается так плотно, что его температура достигает миллионов градусов и он ярко светится. Но черная дыра поглощает лишь очень небольшое количество газа. Большая его часть выдувается обратно с полюсов при вращении черной дыры. Вот почему мы называем черные дыры «беспорядочными пожирателями», — объясняет Дарач Уотсон.
Разгадка загадки быстрого роста черных дыр
В центре каждой крупной галактики, включая Млечный Путь, находится сверхмассивная черная дыра. Масса черной дыры в нашей галактике примерно в четыре миллиона раз превышает массу Солнца. Несмотря на их важность, ученые все еще пытаются понять, как эти огромные объекты сформировались на столь раннем этапе космической истории.
Новые находки помогают объяснить, как сверхмассивные черные дыры могли существовать всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва, а некоторые из них достигали массы, в миллиарды раз превышающей Солнечную. Наблюдение за этими молодыми черными дырами во время фазы интенсивного роста заполняет недостающую главу космической эволюции.
«Мы запечатлели молодые черные дыры в середине их стремительного роста на стадии, которую мы раньше не наблюдали. Плотный газовый кокон вокруг них обеспечивает их топливом, необходимым для очень быстрого роста», — говорит Дарач Уотсон.