Астрономы разгадали тайну светящихся «маленьких красных точек» на заре Вселенной

Уже в первые два года наблюдений с помощью «Уэбба» в ранней Вселенной были обнаружены «маленькие красные точки» (Little Red Dots), которые поставили астрономов в тупик. По всему выходило, что это сверхмассивные чёрные дыры (СЧД) в центрах ещё неразвитых галактик. В этом была загадка — СЧД не должны были вырасти до наблюдаемых размеров так быстро. Были и другие несоответствия, на что теперь подготовлен убедительный ответ.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает элегантное решение. Авторы показывают, что «маленькие красные точки» — это молодые сверхмассивные чёрные дыры, находящиеся в особой фазе кокона (cocoon phase). В этой фазе чёрная дыра окружена очень плотной оболочкой ионизированного газа с огромным количеством свободных электронов. Этот «кокон» одновременно питает чёрную дыру (почти на пределе Эддингтона — с максимально возможной в теории скоростью) и при этом сильно искажает наблюдаемый спектр.

Именно спектр внёс путаницу в первые данные по этим объектам. В обычных условиях газ падает на чёрную дыру и создаёт диск аккреции. Тем самым газ движется как в нашу сторону, так и от нас. Благодаря определению доплеровского смещения, отражённого в ширине спектральных линий, можно узнать скорость газа и массу центрального объекта — сверхмассивной чёрной дыры. Согласно наблюдаемой ширине спектральных линий СЧД «маленьких красных точек», масса наблюдаемых в них объектов составляла от 10 % до 100 % массы галактик-хозяев.

Отметим, что в нашей части Вселенной этот показатель обычно составляет около 0,1 %. Устоявшиеся гипотезы космологии не могли объяснить настолько быстрый набор массы СЧД в первый миллиард лет после Большого взрыва. Кроме того, СЧД «маленьких красных точек» не наблюдаются в рентгеновском и гамма-излучении, чего раньше практически не случалось. По совокупности данных группа астрономов Манчестерского университета (University of Manchester) под руководством Вадима Русакова предположила и провела моделирование концепции коконов, в которых могли развиваться молодые сверхмассивные чёрные дыры.

Такие объекты могут быть окружены плотным облаком пыли и газа, который как питает СЧД на пределе возможностей, так и рассеивает рентгеновское и гамма-излучение. Вдобавок к этому перенасыщенное облако свободных электронов в составе «кокона» поглощает и переотражает фотоны от диска аккреции, как бы «уширяя» спектральные линии и обманчиво указывая на мнимо огромную массу скрытых там СЧД. Учёные сравнили чёрные дыры с бабочками в коконе, где они развиваются до полной зрелости и выходят на свободу во всей красе, о чём без помех сообщают во всех диапазонах.

Такое объяснение снимает проблему запредельного набора массы СЧД, переводя их в диапазон привычных учёным космологических гипотез, и добавляет новое измерение в проблему «курицы и яйца» — первенство появления галактик или СЧД. На этот счёт нет единого мнения, но новые данные могут сыграть в пользу того или иного варианта.