Когда космический телескоп Джеймс Уэбб начал наблюдать за ранней Вселенной в 2022 году, среди его первых открытий появилась новая категория объектов — так называемые маленькие красные точки, чрезвычайно яркие источники света, существовавшие в самые древние эпохи космической истории. С тех пор астрономы пытаются понять их природу, предлагая различные объяснения, и теперь новое исследование под руководством Василия Кокорева из Техасского университета в Остине добавляет важный фрагмент к этой загадке.
Благодаря детальному анализу объекта под названием GLIMPSE-17775, который Уэбб наблюдал, получив самый глубокий спектр среди всех когда-либо изученных маленьких красных точек, команда собрала несколько независимых улик, сходящихся к одному и тому же выводу. По мнению исследователей, этот объект представляет собой сверхмассивную чёрную дыру, стремительно растущую и окружённую плотной оболочкой из частично ионизированного газа. Этот сценарий известен как модель BH*, что расшифровывается как Black Hole Star (Звезда — чёрная дыра). Исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, является на сегодняшний день одним из самых полных подтверждений этой гипотезы.
В прошлом разные маленькие красные точки демонстрировали некоторые черты, совместимые с моделью BH*, но ни у одного объекта не удавалось найти все признаки одновременно. GLIMPSE-17775 же предоставил беспрецедентный объём информации благодаря особенно удачному сочетанию факторов. Помимо чувствительности телескопа Уэбба, этот объект был усилен эффектом гравитационного линзирования, созданным скоплением галактик, оказавшимся на линии взгляда. Это позволило астрономам разглядеть детали, которые в обычных условиях остались бы невидимыми.
GLIMPSE-17775 находится на таком расстоянии, что мы видим его таким, каким он был примерно через 1,8 миллиарда лет после Большого взрыва. Уэбб зафиксировал более 40 спектральных линий, исходящих от этого объекта, — это самый подробный спектр, когда-либо полученный для маленькой красной точки. Анализируя свет от GLIMPSE-17775, команда обнаружила, что следы таких элементов, как водород, гелий и кислород, не соответствуют простому газовому облаку. Наблюдаемые характеристики указывают на присутствие очень плотной среды, окружающей центральный источник.
Среди наиболее интересных улик — то, что исследователи назвали «железным лесом»: шестнадцать различных сигнатур железа в спектре, а также специфические линии излучения кислорода. Для генерации таких сигналов необходим крайне энергичный источник, например, чёрная дыра, активно поглощающая огромное количество материи. Некоторые особенности, связанные с гелием, также подтверждают эту картину, предполагая, что чёрная дыра окружена толстой газовой оболочкой. Этот сценарий может объяснить ещё одну странность маленьких красных точек: многие из них испускают мало рентгеновских лучей по сравнению с тем, чего можно было бы ожидать от растущей чёрной дыры. Однако если чёрная дыра скрыта внутри плотного кокона из газа, большая часть этого излучения поглощается, прежде чем достичь наших телескопов.
Чтобы лучше понять природу GLIMPSE-17775, команда объединила наблюдения Уэбба с данными, полученными ранее телескопом Хаббл. Вместе эти наблюдения показывают, что маленькая красная точка находится внутри очень протяжённой галактики-хозяина. Эта особенность, необычная для других подобных объектов, всё же остаётся совместимой с моделью «звёзд — чёрных дыр».
Данный результат важен, потому что помогает учёным разрешить одно из главных сомнений, возникших после открытия маленьких красных точек. Когда эти объекты были впервые обнаружены, многие астрономы решили, что перед ними уже очень крупные и богатые звёздами галактики, несмотря на то, что они существуют в эпоху, когда возраст Вселенной составлял менее двух миллиардов лет. Такое объяснение противоречило современным моделям формирования галактик, поскольку требовало чрезвычайно быстрого роста космических структур. Новое исследование предполагает, напротив, что значительная часть наблюдаемого света исходит не от звёзд галактики, а от скрытой внутри сверхмассивной чёрной дыры и окружающего её плотного газового кокона. Если эта интерпретация верна, то маленькие красные точки не обязательно содержат огромное количество звёзд, чтобы казаться такими яркими. Следовательно, больше нет необходимости предполагать существование галактик, росших слишком быстро по сравнению с предсказаниями космологических моделей.
Исследователи подчёркивают, что вопрос пока не закрыт, поскольку существуют и другие возможные объяснения. Тем не менее, GLIMPSE-17775 на сегодняшний день представляет собой один из самых убедительных доводов в пользу модели BH*. Будущие наблюдения телескопа Джеймса Уэбба помогут выяснить, действительно ли маленькие красные точки являются фазой роста первых сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной, или же за этими объектами скрывается неизвестное науке явление.