Виявлено абсолютно новий тип астрофізичного об’єкта: зорю-чорну діру

Чорна діра, оточена гігантським коконом надщільного та надяскравого газу. Такі об′єкти можуть пояснити походження загадкових маленьких червоних крапок, які часто зустрічаються на знімках глибокого космосу.

Про відкриття повідомляє Массачусетський технологічний інститут (MIT), передають OstanniPodii.com.

Астрономи виявили надзвичайно яскраву червону пляму в ранньому Всесвіті. Цей об’єкт нагадує гігантську зорю, розміром з нашу Сонячну систему. Водночас він випромінює в 100 мільярдів разів більше енергії, ніж фізично здатна виробити будь-яка відома зоря. Насправді такі рівні енергії ближчі до тих, які могла б генерувати чорна діра.

Ця дивна комбінація наводить на думку, що червона пляма є абсолютно новим типом астрофізичного джерела. Астрономи називають її «зорею-чорною дірою».

У статті, опублікованій 12 серпня в журналі Nature, міжнародна команда представила свій аналіз нового об’єкта, який вони виявили за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Телескоп зафіксував яскраву червону крапку в дуже ранньому Всесвіті, лише через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху.

Вчені дійшли висновку, що найімовірнішим поясненням існування цієї дивної червоної крапки є те, що вона є поєднанням чорної діри та зорі — комбінації, яку досі ніколи не спостерігали. Цей об’єкт, ймовірно, є надзвичайно щільною газовою хмарою, що генерує енергію не стандартним ядерним синтезом, а центральною чорною дірою.

«Наше уявлення про цей об’єкт дуже швидко змінюється», — каже головний автор дослідження Рохан Наіду. «Ми вважаємо, що там є центральна чорна діра, маса якої в 100 000 разів перевищує масу Сонця. І навколо цієї чорної діри, ймовірно, існує дуже обсяжна оболонка газу, яка виглядає як зоря розміром із Сонячну систему. Вона величезна».

Якщо яскрава червона крапка дійсно є зорею-чорною дірою, це допомогло б розгадати таємницю інших загадкових «маленьких червоних крапок», які з’являлися майже на кожному знімку глибокого космосу, зробленому JWST.

«Ці маленькі червоні крапки, ймовірно, були повсюди у ранньому Всесвіті, але на сьогодні практично зникли», — каже Наіду. «Що саме являють собою ці об’єкти, є однією з найбільш обговорюваних тем епохи JWST».

Окреме джерело

Дослідники не мали наміру виявити зорю-чорну діру. Вони шукали найвіддаленіші та найдавніші галактики в рамках дослідження, яке вони назвали «Міраж чи Диво» (MoM). Команда використовувала JWST, щоб зазирнути в глибокий космос, у часи, коли Всесвіту було кілька сотень мільйонів років. Вони мали на меті знайти галактики, які насправді утворилися в ті ранні часи.

«Існувала загадка щодо багатьох яскравих галактик, що з’являлися в надзвичайно ранні часи», — каже Наіду. «Ми з’ясували, що те, що виглядає як надзвичайно яскрава рання галактика, тобто “диво”, у деяких випадках насправді може бути “міражем”».

Переглядаючи знімки JWST у пошуках цікавих об’єктів для дослідження, вони помітили об’єкт, що виділявся серед інших: крапку, яка була дуже червоною та дуже яскравою.

«Коли ми бачимо у Всесвіті щось дуже червоне, ми часто припускаємо, що воно оточене пилом, схожим на сажу чи попіл», — пояснює співавтор Роберт Сімко. «Так само як нещодавно дим від лісових пожеж у Канаді зробив небо над Бостоном яскраво-червоним, астрономічні об’єкти також можуть здаватися червонішими, ніж їхній власний колір, коли їх бачиш крізь завісу пилу».

Однак у світлі були й інші ознаки, які не зовсім відповідали тому, чого фізики очікують від пилу. Команда також помітила ще одну дивну закономірність: світло цієї крапки було надзвичайно яскравим, за винятком діапазону нижче певних довжин хвиль, де світло повністю зникало.

Цей спектральний провал відомий як “Бальмерівський розрив” — ознака, яку традиційно пов’язують із щільним газом, що поглинає фотони в атмосферах зірок віком у кілька сотень мільйонів років. Вега, одна з найяскравіших зірок на нічному небі, демонструє саме таку картину.

«Розрив, який ми спостерігали в цьому об’єкті, є найглибшим з усіх, що ми коли-небудь фіксували в будь-якому об’єкті, що виключає “звичайні” зорі як джерело», — каже Наіду. «Але це змусило нас замислитися, чи не бачимо ми новий вид “зоряної атмосфери”, але в масштабах, що вражають».

Ба більше, світло червоної крапки майже не містило слідів металів або будь-яких інших елементів, окрім водню та гелію. «Це було справді унікальне явище в багатьох аспектах», — каже Наіду.

Чисте світло

Щоб з’ясувати, що може бути джерелом червоної крапки, команда провела моделювання різних сценаріїв з метою побачити, яка комбінація астрофізичних особливостей могла б створити характерний колір червоної крапки.

«Ми почали вдаватися в питання: чи можна створити щось настільки червоне, використовуючи лише водень, без будь-якого пилу?» — каже Сімко. «На наш подив, виявилося, що це можливо, якщо мати надзвичайно щільну оболонку з водню — настільки щільну, що вона більше нагадує поверхню величезної зорі, ніж розріджену міжзоряну туманність».

Їх моделювання показало, що червона точка, можливо, є якимось потужним, прихованим джерелом енергії, оточеним надзвичайно щільним коконом з водню. Якщо це так, то це пояснювало б світлоблокувальний Балмерівський розрив та відсутність будь-чого, крім водню й гелію, що спостерігали астрономи. Але це все одно не пояснювало б надзвичайну яскравість об’єкта.

«Ви маєте об’єкт, який трохи схожий на зорю, але в 100 мільярдів разів яскравіший», — каже Наіду. «Це означає, що його неможливо живити за допомогою ядерного синтезу — джерела енергії, яке лежить в основі всіх відомих нам зірок».

Натомість чорні діри регулярно генерують енергію в масштабах, які спостерігала команда. Наіду та його колеги включили активну чорну діру, що накопичує матерію, у свої моделювання зорі, оточеної коконом з водню, і варіювали масу чорної діри разом з іншими параметрами. Потім вони порівняли отриману яскравість змодельованої “зорі-чорної діри” з яскравістю, яку JWST зафіксував у червоній крапці.

На основі цих моделювань вони знайшли найближчий збіг і дійшли висновку, що найімовірнішим сценарієм, який пояснює червону крапку, є зоря-чорна діра. Зокрема, об’єкт, схоже що, містить центральну чорну діру, маса якої приблизно у 100 000 разів перевищує масу Сонця. Це потужне ядро оточене щільним, схожим на зорю коконом з водню, розмір якого приблизно дорівнює розміру Сонячної системи.

Команда назвала об’єкт MoM-BH*-1 на честь спостереження, під час якого його було виявлено, а також дала йому прізвисько “зоря-чорна діра — перша”, що означає, що цей об’єкт є першим з багатьох інших. Дослідники припускають, що зорі-чорні діри можуть пояснити появу багатьох інших маленьких червоних крапок, які з’являються на знімках JWST. Ці об’єкти не такі яскраві, як MoM-BH*-1.

«Кожна маленька червона крапка може бути зорею-чорною дірою, вбудованою в типову ранню галактику», — каже Наіду. «Але особливість MoM-BH*-1 полягає в тому, що зоря-чорна діра практично повністю засвітлює свою навколишню галактику, завдяки чому ми бачимо виключно світло самої зорі-чорної діри».