JWST разглядел большое количество новорожденных квазаров в ранней Вселенной

С помощью Космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) астрономы обнаружили большое количество тусклых маленьких красных точек в далекой Вселенной и определили их как новорожденные квазары, что может изменить наше понимание генезиса сверхмассивных черных дыр.

Об открытии рассказывают в Австрийском институте наук и технологий (ISTA), передают OstanniPodii.com.

Как отмечают ученые, кучка маленьких красных точек, найденных в крошечном участке нашего ночного неба, может стать неожиданным прорывом для JWST в течение первого года его работы. Эти объекты невозможно было отличить от обычных галактик сквозь "глаза" более старого космического телескопа "Хаббл".

"Будучи не разработанным для этой конкретной цели, JWST помог нам определить, что тусклые маленькие красные точки, найденные очень далеко в далеком прошлом Вселенной, являются уменьшенными версиями чрезвычайно массивных черных дыр. Эти особые объекты могут изменить наше представление о генезисе черных дыр", - говорит Йоррит Матти, доцент астрофизики в ISTA и ведущий автор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal.

"Полученные результаты могут еще на шаг приблизить нас к ответу на одну из самых больших дилемм в астрономии: Согласно современным моделям, некоторые сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной просто росли "слишком быстро". Тогда как они образовались?"

Космические точки невозврата

Ученые долгое время считали черные дыры математическим курьезом, пока их существование не стало все более очевидным. Эти странные космические бездонные ямы могут иметь настолько компактную массу и сильную гравитацию, что ничто не может избежать их силы притяжения; они всасывают все, включая космическую пыль, планеты и звезды, и деформируют пространство и время вокруг себя так, что даже свет не может вырваться.

Общая теория относительности, опубликованная Альбертом Эйнштейном более века назад, предполагала, что черные дыры могут иметь любую массу. Одними из наиболее остроинтересных черных дыр являются сверхмассивные черные дыры (СМЧД), которые могут достигать массы в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца. Астрофизики сходятся во мнении, что в центре почти каждой крупной галактики есть сверхмассивная черная дыра. Доказательство того, что Стрелец A* является СМЧД в центре нашей галактики, масса которой превышает солнечную массу в четыре миллиона раз, получил Нобелевскую премию по физике 2020 года.

Слишком массивные, чтобы там быть

Однако, не все СМЧД одинаковы. Если Стрелец A* можно сравнить со спящим вулканом, то некоторые СМЧД растут чрезвычайно быстро, поглощая астрономические количества вещества. Таким образом они становятся настолько светлыми, что их можно наблюдать вплоть до края Вселенной, которая постоянно расширяется. Такие СМЧД называются квазарами и являются одними из самых ярких объектов во Вселенной.

"Одна из проблем с квазарами заключается в том, что некоторые из них кажутся чрезмерно массивными, слишком массивными, учитывая возраст Вселенной, в которой наблюдаются квазары. Мы называем их "проблемными квазарами", - говорит Матти.

"Если учесть, что квазары происходят из взрывов массивных звезд — и то, что мы знаем их максимальную скорость роста из общих законов физики, — то некоторые из них выглядят так, будто они росли быстрее, чем это возможно. Это все равно, что смотреть на пятилетнего ребенка, который вырос на два метра. Что-то не сходится", - объясняет он.

Возможно, СМЧД растут даже быстрее, чем мы изначально думали? Или они формируются по-другому?

Уменьшенные версии гигантских космических монстров

Теперь Матти и его коллеги идентифицировали популяцию объектов, которые на изображениях JWST выглядят как маленькие красные точки. Кроме того, они продемонстрировали, что эти объекты являются СМЧД, но не слишком массивными.

Центральным в определении того, что эти объекты являются СМЧД, было обнаружение спектральных эмиссионных линий Hα с широкими профилями. Hα-линии — это спектральные линии в глубокой красной области видимого света, которые излучаются при нагревании атомов водорода. По ширине спектров можно проследить движение газа.

"Чем шире основание линий Hα, тем больше скорость газа. Таким образом, эти спектры говорят нам, что мы смотрим на очень маленькое газовое облако, которое движется чрезвычайно быстро и вращается вокруг чего-то очень массивного, например, СМЧД", - говорит Матти.

Однако маленькие красные точки не являются гигантскими космическими монстрами, чрезмерно массивными СМЧД.

"В то время как "проблемные квазары" голубые, чрезвычайно яркие и достигают массы в миллиарды раз больше массы Солнца, маленькие красные точки больше похожи на "квазары-младенцы". Их массы лежат в диапазоне от десяти до ста миллионов масс Солнца. Кроме того, они кажутся красными, потому что покрыты пылью. Пыль заслоняет черные дыры и окрашивает их в красный цвет", - говорит Матти.

Но со временем поток газа от черных дыр пробьет пылевой кокон, и из этих маленьких красных точек разовьются гиганты. Таким образом, астрофизик ISTA и его команда предполагают, что маленькие красные точки являются маленькими красными версиями гигантских голубых СМЧД в фазе, предшествующей проблемным квазарам.

"Более детальное изучение младенческих версий сверхмассивных СМЧД позволит нам лучше понять, как возникают проблемные квазары", - объясняет Матти.

"Прорывная" технология

Матти и его команда смогли найти квазары-младенцы благодаря наборам данных, полученных в рамках сотрудничества EIGER (Галактики с эмиссионными линиями и межгалактический газ в эпоху реионизации) и FRESCO (Первые спектроскопически полные наблюдения в эпоху реионизации). Это большая и средняя программы JWST, в которых Матти участвовал. В декабре прошлого года журнал Physics World включил EIGER в перечень 10 лучших открытий 2023 года.

"EIGER был разработан для изучения именно редких голубых сверхмассивных квазаров и их окружения. Он не был предназначен для поиска маленьких красных точек. Но мы нашли их случайно в том же наборе данных. Это потому, что с помощью Камеры ближнего инфракрасного диапазона JWST EIGER получает спектры излучения всех объектов во Вселенной", - говорит Матти. "Если поднять указательный палец и полностью вытянуть руку, то исследуемая нами область ночного неба соответствует примерно двадцатой части поверхности вашего ногтя. Пока что мы, вероятно, лишь поцарапали поверхность".

Матти уверен, что это исследование откроет много путей и поможет ответить на некоторые важные вопросы о Вселенной.

"Черные дыры и СМЧД — это, возможно, самые интересные вещи во Вселенной. Трудно объяснить, почему они существуют, но они существуют. Мы надеемся, что эта работа поможет нам поднять одну из самых больших завес таинственности Вселенной", - подытоживает он.