Телескоп «Джеймс Уэбб» раскрыл природу малых красных точек — это чёрные дыры в газовых коконах

Команда астрономов под руководством Василия Кокорева из Техасского университета в Остине получила наиболее детальный на сегодняшний день спектр так называемых малых красных точек — загадочных объектов ранней Вселенной, которые уже несколько лет не дают покоя астрофизикам. Анализ объекта GLIMPSE-17775, проведённый с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», выявил более сорока спектральных линий, подтверждающих сценарий «звезда — чёрная дыра» (сокращённо БЧ*): сверхмассивная чёрная дыра, окутанная плотным коконом частично ионизированного газа. Эти объекты — одни из самых ярких и в то же время самых загадочных во Вселенной.

Когда учёные впервые увидели спектр, это, по словам Кокорева, было похоже на то, что все части головоломки разбросаны по полу. Исследователи подбирали каждый фрагмент, измеряли линии и начинали соединять детали воедино. Поначалу некоторые из них казались бессмысленными, но потом несколько кусочков сошлись — и стало ясно: здесь есть что-то значимое.

Объект, усиленный гравитацией

GLIMPSE-17775 находится за скоплением галактик Abell S1063. С космологическим красным смещением 3,5 (параметром, показывающим, насколько быстро объект удаляется от нас из-за расширения Вселенной) он существовал примерно через 1,8 миллиарда лет после Большого взрыва. Для сравнения: возраст Вселенной сегодня составляет около 13,8 миллиарда лет, то есть мы видим этот объект таким, каким он был в самом начале космической истории.

Эффект гравитационного линзирования — явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, при котором массивный объект искривляет пространство-время и действует как гигантская лупа — многократно усилил изображение. Тридцатичасовой спектр, полученный «Джеймсом Уэббом», эквивалентен примерно восьмидесяти часам наблюдений без такого усиления. Это позволило разглядеть детали, которые иначе остались бы невидимыми.

Железный лес и гелиевые следы

Среди обнаруженных признаков — эффект электронного рассеяния, который указывает на плотный многослойный кокон вокруг источника. Шестнадцать железных линий, которые авторы назвали «железным лесом», а также следы флуоресценции (свечения, возникающего при поглощении и переизлучении энергии) и поглощения гелия. Каждый из этих маркеров независимо указывает на стремительно растущую чёрную дыру как центральный объект.

Модель БЧ* также объясняет, почему большинство малых красных точек слабо излучают в рентгеновском диапазоне. Обычно активно растущие чёрные дыры светятся ярче всего именно в рентгене, но здесь этого не происходит. Разгадка проста: рентгеновское излучение попросту поглощается плотным газовым коконом, окружающим дыру.

Загадка балмеровского излома

Для объяснения ещё одной аномалии — слабого балмеровского излома (характерного провала в спектре, типичного для подобных объектов) — исследователи привлекли архивные данные телескопа «Хаббл» из программ наблюдений. Совместный анализ показал, что вокруг GLIMPSE-17775 располагается крупная галактика-хозяин, чей синий свет нивелирует этот провал. Подобный масштаб галактики у малых красных точек прежде почти не встречался, однако он не противоречит модели БЧ*.

«Всё складывается, ничего не нарушено, и, я думаю, это делает головоломку, которой является наша Вселенная, ещё интереснее», — заключил Кокорев.

Малые красные точки долгое время оставались одной из самых интригующих загадок ранней Вселенной. Их природа была неясна: слишком яркие для обычных галактик, слишком компактные для квазаров (ярчайших ядер далёких галактик), они не вписывались ни в одну из существующих категорий. Теперь, благодаря «Джеймсу Уэббу», картина начинает проясняться. Это не звёзды, не галактики и не обычные чёрные дыры. Это нечто среднее: чёрная дыра, которая стремительно растёт, но её рост скрыт от наблюдателя плотной завесой газа. И то, что мы видим как маленькую красную точку, на самом деле — гигантский космический кокон, внутри которого скрывается монстр. Вопрос лишь в том, что произойдёт, когда кокон рассеется. И увидим ли мы это.