Загадочные «Маленькие Красные Точки» оказались фабриками по производству чёрных дыр
Новое исследование, основанное на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), предлагает ответ на одну из самых интригующих загадок ранней Вселенной — природу так называемых «Маленьких Красных Точек» (Little Red Dots, или LRD). Согласно работе астрофизиков, эти компактные и чрезвычайно плотные галактики являются идеальными «питомниками» для выращивания массивных чёрных дыр.
«Маленькие Красные Точки» — это многочисленная популяция крошечных, но массивных галактик, обнаруженная «Джеймсом Уэббом» в ранней Вселенной. Они невелики в размерах, всего около 100-300 парсек, но содержат огромное количество звёзд — от миллиарда до ста миллиардов масс Солнца. Такое сочетание компактности и массы приводит к умопомрачительной плотности звёзд в их центрах.
Если предположить, что свет этих галактик исходит только от звёзд, а не от активных ядер со сверхмассивными чёрными дырами, то центральная плотность в них оказывается чудовищной — от десяти тысяч до миллиарда масс Солнца на кубический парсек. Для сравнения, самые плотные шаровые скопления в нашей галактике имеют плотность в сотни и тысячи раз ниже.
При таких экстремальных условиях гравитационное трение работает с невероятной эффективностью. Массивные звёзды буквально тонут в общем гравитационном поле, стягиваясь к центру галактики менее чем за миллион лет. Это создаёт в ядре условия, при которых звёзды начинают сталкиваться и сливаться друг с другом.
Учёные использовали три независимых метода — анализ по Фоккеру-Планку, аналитическую модель и прямые N-телесные симуляции — чтобы смоделировать судьбу такого плотного звёздного скопления. Все три метода пришли к единому выводу. В центральной области за короткое время, менее 1 миллиона лет, формируется Очень Массивная Звезда с массой от 9 000 до 50 000 масс Солнца. Когда запас массивных звёзд в центре иссякает, гигантская звезда больше не может поддерживать свою структуру. Она сжимается за несколько тысяч лет и затем, по законам общей теории относительности, коллапсирует в чёрную дыру. Этот гравитационный коллапс длится всего около 13 минут. В результате образуется массивная чёрная дыра с массой около 10 000 масс Солнца, которая составляет до 90% массы исходной звезды-прародителя.
Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания того, как во Вселенной появляются сверхмассивные чёрные дыры. «Маленькие Красные Точки» предлагают ранее неизвестный и очень эффективный путь формирования тяжёлых «зародышей» чёрных дыр на относительно поздних этапах эволюции Вселенной. Эти галактики встречаются гораздо чаще, чем другие кандидаты на роль «фабрик чёрных дыр», а высокая плотность звёзд в них сама по себе может объяснить другие их наблюдаемые свойства, такие как широкие эмиссионные линии в спектрах. Кроме того, новорождённая чёрная дыра в таком плотном звёздном окружении может постоянно подпитываться за счёт частых приливных разрывов звёзд, что может быть источником наблюдаемого свечения.
Таким образом, загадочные «Маленькие Красные Точки», открытые «Уэббом», возможно, не просто странный тип галактик, а ключевое звено в цепи эволюции самых загадочных и мощных объектов во Вселенной.
Исследование доступно в виде препринта на платформе .