Учёные нашли возможное объяснение загадочных красных точек на снимках «Джеймса Уэбба»

Астрономы предложили новое объяснение загадочных объектов, которые космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил в ранней Вселенной. Небольшие яркие источники, получившие название «маленькие красные точки», могут оказаться молодыми галактиками с быстро растущими массивными чёрными дырами. Компьютерное моделирование показало, что такие системы способны воспроизводить необычные характеристики излучения, которые несколько лет озадачивали исследователей.

С момента начала научных наблюдений телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил сотни компактных красных объектов, существовавших в первые полтора миллиарда лет после Большого взрыва. Их размеры составляют всего несколько сотен световых лет, однако по яркости они сопоставимы со значительно более крупными галактиками. Особую загадку представляет характерная V-образная форма спектра и отсутствие сильного рентгеновского и радиоизлучения, которое обычно ожидают обнаружить возле активно поглощающих вещество чёрных дыр.

Ранее исследователи предполагали, что красные точки могут быть чрезвычайно плотными звёздными скоплениями, молодыми галактиками с большим количеством пыли или чёрными дырами, скрытыми внутри газовых оболочек. Рассматривались даже необычные теоретические объекты, называемые «звёздами с чёрной дырой». Однако предложенные объяснения не всегда согласовывались одновременно с наблюдаемой яркостью, размерами и спектральными особенностями этих источников.

Новая модель предполагает, что в центрах таких галактик находятся массивные чёрные дыры, сформировавшиеся при прямом коллапсе плотного вещества в ранней Вселенной. В некоторых сценариях этот процесс связан с образованием и последующим разрушением сверхмассивных первичных звёзд. Чёрные дыры продолжают поглощать газ, но остаются окружёнными плотными дисками вещества, которые существенно изменяют выходящее из них излучение.

Согласно расчётам, масса центральных чёрных дыр может достигать примерно десяти миллионов масс Солнца. Окружающий газ поглощает большую часть высокоэнергетического рентгеновского излучения, тогда как часть ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света покидает систему. Именно такое распределение энергии позволяет воспроизвести наблюдаемые спектры красных точек, включая характерные признаки поглощения водородом.

Дополнительный вклад в излучение вносит плотное звёздное скопление, расположенное рядом с центральной чёрной дырой. В компьютерной модели его суммарная масса достигает около 100 миллионов масс Солнца, а характерный радиус составляет примерно 500 световых лет. Свет звёзд помогает объяснить синюю часть спектра, которая ранее плохо согласовывалась с некоторыми моделями изолированных чёрных дыр.

Исследователи сравнили результаты моделирования с несколькими наблюдаемыми объектами, включая RUBIES-EGS-42046 и MoM-BH*-1. Расчёты также воспроизвели основные характеристики чрезвычайно далёкого источника CAPERS-LRD-z9 с красным смещением 9,29. Это указывает на возможность существования подобных систем уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Если предложенный сценарий подтвердится, астрономы получат важные сведения о происхождении первых сверхмассивных чёрных дыр. В современной космологии остаётся сложной задачей объяснить, как некоторые из них успели набрать огромную массу за сравнительно короткий период существования ранней Вселенной. Формирование массивных зародышей чёрных дыр путём прямого коллапса могло значительно ускорить этот процесс.

Однако результаты пока не означают, что природа всех «маленьких красных точек» окончательно установлена. Исследование основано на компьютерных моделях, которые хорошо согласуются с наблюдениями, но не исключают других физических сценариев. Для проверки гипотезы потребуются дополнительные спектральные измерения и более подробное изучение окружающего газа, звёздного населения и активности центральных объектов.