Черная дыра в газовом коконе: ученые объяснили природу «маленьких красных точек»
Группа американских астрономов под руководством Василия Кокорева из Техасского университета получила новые данные, подтверждающие одну из ведущих гипотез о природе так называемых «маленьких красных точек» (Little Red Dots), обнаруженных космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году. Спектральный анализ показал, что эти объекты, вероятно, представляют собой сверхмассивные черные дыры, окруженные плотной оболочкой частично ионизированного газа. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Первоначально ученые изучали скопление галактик Abell S1063 в поисках звезд населения III — первых звезд, сформировавшихся во Вселенной. Однако во время наблюдений в поле зрения телескопа случайно попала «маленькая красная точка» GLIMPSE-17775, расположенная далеко за этим скоплением.
Удачному наблюдению GLIMPSE-17775 способствовал так называемый эффект гравитационного линзирования — явление, при котором траектория света, исходящего от более далекого источника, деформируется под воздействием гравитации расположенного ближе массивного объекта. Так, скопление Abell S1063 усилило свет удаленной «красной точки», расположенной за ним. Именно благодаря этому астрономы смогли детально изучить GLIMPSE-17775: гравитационное линзирование фактически превратило 30 часов наблюдений в 80 часов за счет искривления ткани пространства-времени.
Телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал более 40 спектральных линий, исходящих от объекта. Ученые наблюдали GLIMPSE-17775 таким, каким он был примерно через 1,8 млрд лет после Большого взрыва. Сочетание высокой инфракрасной чувствительности телескопа и естественного космического «увеличительного стекла» позволило получить самый детальный спектр «маленькой красной точки» за всю историю изучения подобных объектов.
«Когда мы впервые увидели этот спектр, это было похоже на головоломку, детали которой разбросаны по полу. Мы начали поднимать каждый фрагмент, измерять спектральные линии и складывать их в единую мозаику. Сначала некоторые элементы казались бессмысленными, но затем несколько частей соединились, и мы поняли, что перед нами действительно нечто важное», — рассказал Кокорев в комментарии Национальному управлению по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA).
Анализ данных показал, что GLIMPSE-17775, вероятно, представляет собой быстрорастущую сверхмассивную черную дыру, скрытую внутри плотного газового кокона. Это кокон поглощает значительную часть излучения, исходящего из окрестностей черной дыры, формируя характерные особенности наблюдаемого спектра.
Одним из ключевых признаков в пользу этой модели стало то, что спектральные линии водорода, кислорода и гелия не соответствуют простой картине вращающегося газового облака. Вместо этого они хорошо согласуются с моделью, учитывающей эффект электронного рассеяния — расширение спектральных линий из-за взаимодействия света с электронами. Подобный эффект считается характерным свойством плотной многослойной газовой оболочки, которая окружает чрезвычайно мощный источник излучения.
Особый интерес исследователей вызвали также 16 линий железа в спектре, которые они назвали «железным лесом». Для формирования такого набора линий необходим исключительно сильный источник высокоэнергетического излучения, например, черная дыра, активно поглощающая материю извне.
Полученные результаты объясняют еще одну особенность «маленьких красных точек». Известно, что большинство этих объектов испускают слабые рентгеновские лучи. Если они действительно окружены плотными газовыми коконами, то излучение просто поглощается этим газом и не достигает телескопов.
«В будущем мне очень хочется глубже разобраться в том, что именно питает центральные двигатели маленьких красных точек. Хотя сейчас мы считаем, что это черные дыры, существуют и другие интересные гипотезы. Возможно, через год или два мы наконец получим окончательный ответ на вопрос, что же на самом деле является источником энергии этих объектов», — заключил Кокорев.
