Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, STScI, Пьерлуиджи Ринальди (Стюардская обсерватория); обработка изображения: Алиса Пэган (STScI)
Загадочные компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки» (сокращенно LRD), продолжают будоражить умы астрономов с момента их первого обнаружения космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году. Эти чрезвычайно удаленные и плотные источники, наблюдаемые на фоне ранней Вселенной, до сих пор не получили однозначного объяснения. Редакции нашего сайта удалось ознакомиться с новым исследованием, которое, возможно, приближает разгадку.
Согласно доминирующей гипотезе, маленькие красные точки представляют собой сверхмассивные черные дыры, то есть активные ядра галактик. Однако их поведение разительно отличается от того, что астрономы видят в относительно близкой Вселенной. LRD встречаются преимущественно при высоких красных смещениях, тогда как на более низких они практически исчезают. Учитывая, что красное смещение напрямую связано с расстоянием и временем путешествия света, возникает закономерный вопрос: что происходит с этими объектами, когда Вселенная стареет?
Группа исследователей под руководством Пьерлуиджи Ринальди из Стюардской обсерватории Университета Аризоны, ныне работающего в Научном институте космического телескопа (STScI) в Балтиморе, предложила возможное объяснение. Опубликованное 29 июля в журнале The Astrophysical Journal исследование опирается на более ранние работы и показывает, что маленькие красные точки могут не составлять самостоятельную популяцию галактик. Их необычный облик, как полагают ученые, отчасти обусловлен систематической ошибкой наблюдений: на больших расстояниях окружающие галактику структуры становятся слишком тусклыми, и регистрируется лишь яркий центральный источник.
Ключевую роль в этом открытии сыграла спиральная галактика WISEA J123635.56+621424.2, получившая прозвище «Сагуаро» за сходство своих спиральных рукавов с ветвями гигантского кактуса, произрастающего в пустыне Сонора на юго-западе США. Красное смещение этой галактики составляет 2, что соответствует эпохе примерно через 3,3 миллиарда лет после Большого взрыва. В ее центре расположен компактный красный объект, поразительно напоминающий маленькие красные точки, — аналогия с рубиновыми плодами кактуса напрашивается сама собой.
«Всё, что сформировалось в ранней Вселенной, должно было впоследствии стать чем-то из того, что мы наблюдаем вокруг себя сегодня. Мы понятия не имеем, в какие объекты превращаются LRD, но эти результаты наконец-то указывают нам путь к поиску их потомков», — отметил соавтор исследования Джордж Рике из Университета Аризоны.
Стоит отметить, что еще более ранние наблюдения, выполненные с помощью космического телескопа «Спитцер» в инфракрасном диапазоне, дали предварительное представление о пылевой компактной галактике с высоким красным смещением, к числу которых относится и Сагуаро. Именно эти данные подготовили фундамент для последующих детальных исследований, проведенных обсерваториями «Хаббл» и «Джеймс Уэбб».
«Сагуаро исключительно важна, поскольку представляет собой прототип маленькой красной точки, одной из немногих, обнаруженных на умеренных красных смещениях. Она может служить ключом к пониманию эволюции таких объектов в космическом времени», — заявил Фабио Пачуччи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, также выступающий соавтором работы.
Уэбб и Хаббл раскрывают детали Сагуаро
В ходе многочисленных астрономических обзоров Пьерлуиджи Ринальди проанализировал тысячи источников, однако Сагуаро выделяется среди них благодаря исключительно удачному набору данных. Одна из микрозатворных решеток «Джеймса Уэбба» оказалась расположена точно над галактикой, что позволило телескопу собрать спектроскопическую информацию из ее центральной области. Кроме того, умеренное красное смещение обеспечило исследователям гораздо более четкую картину окружения галактики.
Для того чтобы изучить спиральную галактику в максимально возможном диапазоне электромагнитного излучения, команда объединила архивные наблюдения, полученные космическими телескопами «Хаббл» и «Джеймс Уэбб». «Хаббл» предоставил ультрафиолетовые изображения, тогда как «Уэбб» — инфракрасные изображения и спектроскопические данные.
ую и яркую родительскую галактику в высоком разрешении и деталях с помощью Уэбба и Хабблы», — сказал он. Сказал Цзихао Ву из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и соавторских исследований. «Наблюдения Уэбба могут помочь нам понять, как свет галактики и ее маленькое ядро появились в красную точку».
Исследователи использовали несколько методов, чтобы проверить, действительно ли компактный красный центр Сагуаро соответствует определяющим характеристикам электричества LRD. Наблюдения Хабблы и Уэбба показывают, что свет светится сильнее в ультрафиолетовых и инфракрасных диапазонах, чем в видимом свете, который также виден в отдаленных маленьких красных точках.
Команда также отделила свет, исходящий от самой галактики, от света, излучаемого ее ядрами, и исследовала, излучает ли объектные рентгеновские лучи.
Большинство маленьких красных точек с большим желтым смещением невозможно сохранить в рентгеновском свете. Однако «Сагуаро» излучал слабое рентгеновское излучение, которое было датчиком экспериментальной обсерватории НАСА «Чандра».
«Наблюдения в рентгеновском свете показывают, что эта галактика имеет активное галактическое ядро, причем очень скрытое», — сказал он. сказала Кэрис Гилберт, студентка магистратуры Кейптаунского университета в Южной Африке и соавтор статей. «Она не только неясна, но и слаба в рентгеновских лучах. Такая комбинация могла бы объяснить отсутствие микроскопического прибора, который мы видим во всех маленьких красных точках. Он прекрасно подходит для загадки маленьких красных точек».
Как мог бы выглядеть Сагуаро в ранней вселенной
Затем исследователи провели еще один показательный тест. Установив, что компактное красное ядро Сагуаро соответствует характеристикам маленьких красных точек, они с помощью цифровых технологий включили галактику на более высокое красное смещение, чтобы смоделировать, как она выглядела бы, если бы наблюдатели увидели ее гораздо дальше в космической истории.
Результат был поразительным. Когда Сагуаро перенесли на большее смоделированное расстояние, окружающая галактика стала слишком тусклой, чтобы ее можно было увидеть. Его спиральная структура фактически исчезла в то время, когда памятный источник, похожий на LRD, в центре остался видимым.
Этот результат поддерживает идею о том, что, по крайней мере, некоторые отдаленные красные точки взгляда могут быть изолированными просто потому, что астрономы не могут окружать их гораздо более тусклые галактики.
«Наша теория состоит в том, что на большинстве этих отдаленных источников влияет этот космологический эффект, создавая систематическую ошибку определения», — сказал он. — сказал Ринальди. «Мы просто не можем измерять окружающее окружение маленьких красных точек с незначительным смещением, потому что их окружение слишком слабое, чтобы его можно было наблюдать даже с помощью Уэбба. Маленькие красные точки гораздо сложнее, чем просто точки. Это лишь верхушка Айсберга сверхмассивной черной дыры, взаимодействующей с ближайшим окружением».
Скрытая фаза роста сверхмассивной черной дыры
На основании исследования Сагуаро исследователи предполагают, что маленькие красные точки не могут образовывать уникальный класс галактик. Вместо этого они могут называться временной фазой, в которой сверхмассивные черные дыры особенно активны.
Если это так, Сагуаро может стать основанием связующего звена между большой популяцией маленьких красных точек, которые Уэбб видит при большом красном смещении, и галактиками, населяющими более позднюю Вселенную.
Исследователи предупреждают, что Сагуаро не может занимать должность всех LRD. Вместо этого они предполагают, что это иллюстрирует один из возможных этапов эволюции этих компактных красных источников.
Для подтверждения этого сахара потребуются дополнительные наблюдения. Команда планирует продолжить изучение Сагуаро и поискать больше галактик, подобных Сагуаро, с более низким уровнем смещения. Исследователи также планируют изучить обширный архив Уэбба, чтобы провести более масштабную перепись небольших красных точек и выяснить, как окружающая их среда влияет на их эволюцию.
Вместе эти усилия могут помочь астрономам восстановить генеалогические древние маленькие красные точки и определить, как эти загадочные источники ранней Вселенной развиваются в течение космического времени.
Уэбб и Хаббл продолжают обсуждать космическую историю
Космический телескоп Джеймса Уэбба — ведущая в мире космическая научная обсерватория. Уэбб раз придумывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далекие миры вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и структуру нашей Вселенной и наше место в ней. Уэбб — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно с двумя руководителями, ESA (Европейское космическое агентство) и CSA (Канадское космическое агентство).
Космический телескоп Хаббл работает уже более трех десятилетий и продолжает делать новаторские открытия, которые строят наше фундаментальное понимание Вселенной. «Хаббл» — проект международного сотрудничества НАСА и ЕКА (Европейского агентства агентства). Центр наблюдения за полетами Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, с управлением телескопом и операциями миссии. Lockheed Martin Space, использующаяся в Денвере, также поддерживает операцию миссии в Годдарде. Научный институт космического телескопа в Балтиморе, которым управляет Ассоциация университетов астрономических исследований, проводящая научную операцию Хаббла для НАСА.