JWST розгледів велику кількість новонароджених квазарів у ранньому Всесвіті

За допомогою Космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) астрономи виявили велику кількість тьмяних маленьких червоних крапок у далекому Всесвіті та визначили їх як новонароджені квазари, що може змінити наше розуміння генезису надмасивних чорних дір.

Про відкриття розповідають в Австрійському інституті наук та технологій (ISTA), передають OstanniPodii.com.

Як зазначають науковці, купка маленьких червоних крапок, знайдених у крихітній ділянці нашого нічного неба, може стати несподіваним проривом для JWST впродовж першого року його роботи. Ці об′єкти неможливо було відрізнити від звичайних галактик крізь "очі" старішого космічного телескопа "Габбл".

"Хоч і не розроблений для цієї конкретної мети, JWST допоміг нам визначити, що тьмяні маленькі червоні крапки, знайдені дуже далеко в далекому минулому Всесвіту, є зменшеними версіями надзвичайно масивних чорних дір. Ці особливі об′єкти можуть змінити наше уявлення про генезис чорних дір", - каже Йорріт Матті, доцент астрофізики в ISTA та провідний автор дослідження, опублікованого в The Astrophysical Journal.

"Отримані результати можуть ще на крок наблизити нас до відповіді на одну з найбільших дилем в астрономії: Згідно із сучасними моделями, деякі надмасивні чорні діри у ранньому Всесвіті просто зростали "занадто швидко". Тоді як вони утворилися?"

Космічні точки неповернення

Вчені довгий час вважали чорні діри математичним курйозом, поки їхнє існування не стало все більш очевидним. Ці дивні космічні бездонні ями можуть мати настільки компактну масу й сильну гравітацію, що ніщо не може уникнути їхньої сили тяжіння; вони всмоктують все, включаючи космічний пил, планети й зорі, і деформують простір і час навколо себе так, що навіть світло не може вирватися.

Загальна теорія відносності, опублікована Альбертом Ейнштейном понад століття тому, передбачала, що чорні діри можуть мати будь-яку масу. Одними з найбільш гостроцікавих чорних дір є надмасивні чорні діри (НМЧД), які можуть досягати маси у мільйони й мільярди разів більшої за масу Сонця. Астрофізики сходяться на думці, що в центрі майже кожної великої галактики є надмасивна чорна діра. Доказ того, що Стрілець A* є НМЧД в центрі нашої галактики, маса якої перевищує сонячну масу в чотири мільйони разів, отримав Нобелівську премію з фізики 2020 року.

Занадто масивні, щоб там бути

Однак, не всі НМЧД однакові. Якщо Стрілець A* можна порівняти з вулканом у стані спокою, то деякі НМЧД зростають надзвичайно швидко, поглинаючи астрономічну кількість речовини. Таким чином вони стають настільки світлими, що їх можна спостерігати аж до краю Всесвіту, який постійно розширюється. Такі НМЧД називаються квазарами та є одними з найяскравіших об′єктів у Всесвіті.

"Одна з проблем з квазарами полягає у тому, що деякі з них здаються надмірно масивними, занадто масивними, враховуючи вік Всесвіту, в якому спостерігаються квазари. Ми називаємо їх "проблемними квазарами", - каже Матті.

"Якщо врахувати, що квазари походять з вибухів масивних зір — і те, що ми знаємо їхню максимальну швидкість зростання із загальних законів фізики, — то деякі з них виглядають так, ніби вони зростали швидше, ніж це можливо. Це все одно, що дивитися на п′ятирічну дитину, яка виросла на два метри. Щось не сходиться", - пояснює він.

Можливо, НМЧД зростають навіть швидше, ніж ми спочатку думали? Або вони формуються по-іншому?

Зменшені версії гігантських космічних монстрів

Тепер Матті та його колеги ідентифікували популяцію об′єктів, які на зображеннях JWST виглядають як маленькі червоні крапки. Крім того, вони продемонстрували, що ці об′єкти є НМЧД, але не надто масивними.

Центральним у визначенні того, що ці об′єкти є НМЧД, було виявлення спектральних емісійних ліній Hα з широкими профілями. Hα-лінії — це спектральні лінії в глибокій червоній області видимого світла, які випромінюються при нагріванні атомів водню. За шириною спектрів можна простежити рух газу.

"Чим ширша основа ліній Hα, тим більша швидкість газу. Таким чином, ці спектри говорять нам, що ми дивимося на дуже маленьку газову хмару, яка рухається надзвичайно швидко та обертається навколо чогось дуже масивного, наприклад, НМЧД", - каже Матті.

Однак маленькі червоні крапки не є гігантськими космічними монстрами, надмірно масивними НМЧД.

"У той час, як "проблемні квазари" блакитні, надзвичайно яскраві та досягають маси в мільярди разів більшої за масу Сонця, маленькі червоні крапки більше схожі на "квазари-немовлята". Їхні маси лежать у діапазоні від десяти до ста мільйонів мас Сонця. Крім того, вони здаються червоними, тому що вкриті пилом. Пил затуляє чорні діри та забарвлює їх у червоний колір", - каже Матті.

Але із часом потік газу від чорних дір проб′є пиловий кокон, і з цих маленьких червоних крапок розвинуться гіганти. Таким чином, астрофізик ISTA та його команда припускають, що маленькі червоні крапки є маленькими червоними версіями гігантських блакитних НМЧД у фазі, яка передує проблемним квазарам.

"Більш детальне вивчення дитячих версій надмасивних НМЧД дозволить нам краще зрозуміти, як виникають проблемні квазари", - пояснює Матті.

"Проривна" технологія

Матті та його команда змогли знайти квазари-немовлята завдяки наборам даних, отриманих у рамках співпраці EIGER (Галактики з емісійними лініями та міжгалактичний газ в епоху реіонізації) та FRESCO (Перші спектроскопічно повні спостереження в епоху реіонізації). Це велика й середня програми JWST, в яких Матті брав участь. У грудні минулого року журнал Physics World включив EIGER до переліку 10 найкращих відкриттів 2023 року.

"EIGER був розроблений для вивчення саме рідкісних блакитних надмасивних квазарів та їхнього оточення. Він не був призначений для пошуку маленьких червоних крапок. Але ми знайшли їх випадково в тому ж наборі даних. Це тому, що за допомогою Камери ближнього інфрачервоного діапазону JWST EIGER отримує спектри випромінювання всіх об′єктів у Всесвіті", - каже Матті. "Якщо підняти вказівний палець і повністю витягнути руку, то досліджувана нами область нічного неба відповідає приблизно двадцятій частині поверхні вашого нігтя. Поки що ми, ймовірно, лише подряпали поверхню".

Матті впевнений, що це дослідження відкриє багато шляхів і допоможе відповісти на деякі важливі питання про Всесвіт.

"Чорні діри та НМЧД — це, можливо, найцікавіші речі у Всесвіті. Важко пояснити, чому вони існують, але вони існують. Ми сподіваємося, що ця робота допоможе нам підняти одну з найбільших завіс таємничості Всесвіту", - підсумовує він.