Обнаружен совершенно новый тип астрофизического объекта: звезда-черная дыра

Черная дыра, окруженная гигантским коконом сверхплотного и сверхяркого газа. Такие объекты могут объяснить происхождение загадочных маленьких красных точек, которые часто встречаются на снимках глубокого космоса.

Об открытии сообщает Массачусетский технологический институт (MIT), передают OstanniPodii.com.

Астрономы обнаружили чрезвычайно яркое красное пятно в ранней Вселенной. Этот объект напоминает гигантскую звезду размером с нашу Солнечную систему. При этом он излучает в 100 миллиардов раз больше энергии, чем физически способна произвести любая известная звезда. На самом деле такие уровни энергии ближе к тем, которые могла бы генерировать черная дыра.

Эта странная комбинация наводит на мысль, что красное пятно представляет собой совершенно новый тип астрофизического источника. Астрономы называют его «звездой-черной дырой».

В статье, опубликованной 12 августа в журнале Nature, международная команда представила свой анализ нового объекта, который они обнаружили с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Телескоп зафиксировал яркую красную точку в очень ранней Вселенной, всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Учёные пришли к выводу, что наиболее вероятным объяснением существования этой странной красной точки является то, что она представляет собой союз чёрной дыры и звёзды — комбинацию, которую до сих пор никогда не наблюдали. Этот объект, вероятно, представляет собой чрезвычайно плотное газовое облако, генерирующее энергию не за счет стандартного ядерного синтеза, а за счет центральной черной дыры.

«Наше представление об этом объекте очень быстро меняется», — говорит главный автор исследования Рохан Наиду. «Мы полагаем, что там находится центральная черная дыра, масса которой в 100 000 раз превышает массу Солнца. А вокруг этой черной дыры, вероятно, существует очень обширная оболочка газа, которая выглядит как звезда размером с Солнечную систему. Она огромна».

Если яркая красная точка действительно является звездой-черной дырой, это помогло бы разгадать тайну других загадочных «маленьких красных точек», которые появлялись почти на каждом снимке глубокого космоса, сделанном JWST.

«Эти маленькие красные точки, вероятно, были повсеместно распространены в ранней Вселенной, но на сегодняшний день практически исчезли», — говорит Наиду. «Что именно представляют собой эти объекты, является одной из самых обсуждаемых тем эпохи JWST».

Отдельный источник

Исследователи не намеревались обнаружить звезду-чёрную дыру. Они искали самые удалённые и древние галактики в рамках исследования, которое они назвали «Мираж или Чудо» (MoM). Команда использовала JWST, чтобы заглянуть в глубокий космос, во времена, когда Вселенной было несколько сотен миллионов лет. Их целью было найти галактики, которые действительно образовались в те ранние времена.

«Существовала загадка, касающаяся многих ярких галактик, появлявшихся в чрезвычайно ранние времена», — говорит Наиду. «Мы выяснили, что то, что выглядит как чрезвычайно яркая ранняя галактика, то есть “чудо”, в некоторых случаях на самом деле может быть “миражом”».

Просматривая снимки JWST в поисках интересных объектов для исследования, они заметили объект, выделявшийся среди остальных: точку, которая была очень красной и очень яркой.

«Когда мы видим во Вселенной что-то очень красное, мы часто предполагаем, что оно окружено пылью, похожей на сажу или пепел», — объясняет соавтор Роберт Симко. «Точно так же, как недавно дым от лесных пожаров в Канаде окрасил небо над Бостоном в ярко-красный цвет, астрономические объекты также могут казаться краснее, чем их собственный цвет, когда их видишь сквозь завесу пыли».

Однако в свете были и другие признаки, которые не совсем соответствовали тому, чего физики ожидают от пыли. Команда также заметила ещё одну странную закономерность: свет этой точки был чрезвычайно ярким, за исключением диапазона ниже определённых длин волн, где свет полностью исчезал.

Этот спектральный провал известен как “Бальмеровский разрыв” — признак, который традиционно связывают с плотным газом, поглощающим фотоны в атмосферах звёзд возрастом в несколько сотен миллионов лет. Вега, одна из самых ярких звёзд на ночном небе, демонстрирует именно такую картину.

«Провал, который мы наблюдали в этом объекте, является самым глубоким из всех, что мы когда-либо фиксировали в каком-либо объекте, что исключает “обычные” звезды в качестве источника», — говорит Наиду. «Но это заставило нас задуматься: не видим ли мы новый вид “звёздной атмосферы”, причём в поразительных масштабах».

Более того, свет красной точки почти не содержал следов металлов или каких-либо других элементов, кроме водорода и гелия. «Это было действительно уникальное явление во многих аспектах», — говорит Наиду.

Чистый свет

Чтобы выяснить, что может быть источником красной точки, команда провела моделирование различных сценариев для того, чтобы понять, какая комбинация астрофизических особенностей могла бы создать характерный цвет красной точки.

«Мы начали задаваться вопросом: можно ли создать что-то настолько красное, используя только водород, без какой-либо пыли?» — говорит Симко. «К нашему удивлению, оказалось, что это возможно, если иметь чрезвычайно плотную оболочку из водорода — настолько плотную, что она больше напоминает поверхность огромной звезды, чем разреженную межзвездную туманность».

Их моделирование показало, что красная точка, возможно, представляет собой какой-то мощный, скрытый источник энергии, окруженный чрезвычайно плотным коконом из водорода. Если это так, то это объясняло блокирующий свет Бальмеровский разрыв и отсутствие чего-либо, кроме водорода и гелия, которое наблюдали астрономы. Но это всё равно не объясняло бы чрезвычайную яркость объекта.

«У вас есть объект, который немного похож на звезду, но в 100 миллиардов раз ярче», — говорит Наиду. «Это означает, что его невозможно питать с помощью ядерного синтеза — источника энергии, лежащего в основе всех известных нам звёзд».

Зато чёрные дыры регулярно генерируют энергию в масштабах, которые наблюдала команда. Наиду и его коллеги включили активную чёрную дыру, накапливающую материю, в свои модели звезды, окружённой коконом из водорода, и варьировали массу чёрной дыры вместе с другими параметрами. Затем они сравнили полученную яркость смоделированной «звезды-черной дыры» с яркостью, которую JWST зафиксировал в красной точке.

На основе этих моделирований они нашли наилучшее совпадение и пришли к выводу, что наиболее вероятным сценарием, объясняющим красную точку, является звезда-черная дыра. В частности, объект, по-видимому, содержит центральную чёрную дыру, масса которой примерно в 100 000 раз превышает массу Солнца. Это мощное ядро окружено плотным, похожим на звёзду коконом из водорода, размер которого примерно равен размеру Солнечной системы.

Команда назвала объект MoM-BH*-1 в честь наблюдения, во время которого он был обнаружен, а также дала ему прозвище «звезда-черная дыра — первая», что означает, что этот объект является первым из многих других. Исследователи предполагают, что звезды-черные дыры могут объяснить появление многих других маленьких красных точек, которые видны на снимках JWST. Эти объекты не такие яркие, как MoM-BH*-1.

«Каждая маленькая красная точка может быть звездой-черной дырой, встроенной в типичную раннюю галактику», — говорит Наиду. «Но особенность MoM-BH*-1 заключается в том, что звезда-черная дыра практически полностью затмевает окружающую её галактику, благодаря чему мы видим исключительно свет самой звезды-черной дыры».