James Webb виявив сотні невідомих «маленьких червоних точок» у Всесвіті

Астрономи, які досліджують далекий Всесвіт за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, найпотужнішого телескопа NASA, знайшли клас галактик, який кидає виклик навіть найвправнішим створінням у мімікрії — наприклад, восьминогу. Ця істота може видавати себе за інших морських тварин, щоб уникнути хижаків. Потрібно бути камбалою? немає проблем Морська змія? легко.

Коли астрономи проаналізували перші зображення Вебба віддалених частин Всесвіту, вони помітили групу галактик, яку ніколи раніше не бачили. Ці галактики — їх кілька сотень, які називаються Маленькими Червоними Крапками — дуже червоні й компактні, їх можна побачити лише протягом приблизно 1 мільярда років космічної історії. Як і мімічний восьминіг, Маленькі Червоні Крапки спантеличують астрономів, оскільки вони схожі на різні астрофізичні об’єкти. Це або масивні важкі галактики, або галактики скромного розміру, кожна з яких містить надмасивну чорну діру у своєму ядрі.

Однак одне можна сказати напевно. Типова Маленька Червона Крапка невелика, її радіус становить лише 2% радіуса галактики Чумацький Шлях.  Як астрофізик, який вивчає далекі галактики та чорні діри, мені цікаво зрозуміти природу цих маленьких галактик. Що живить їх світло і що вони насправді?

Конкурс імітації

Астрономи аналізують світло, яке наші телескопи отримують від далеких галактик, щоб оцінити їхні фізичні властивості, наприклад кількість зірок, які вони містять. Ми можемо використовувати властивості їхнього світла, щоб досліджувати Маленькі Червоні Крапки та з’ясувати, чи вони складаються з багатьох зірок, чи всередині них є чорна діра.

Світло, яке досягає наших телескопів, має діапазон довжин хвиль від довгих радіохвиль до енергійних гамма-променів. Астрономи розбивають світло на різні частоти та візуалізують їх за допомогою діаграми, яка називається спектром.

Іноді спектр містить лінії випромінювання, які є діапазонами частот, де відбувається більш інтенсивне випромінювання світла. У цьому випадку ми можемо використовувати форму спектра, щоб передбачити, чи є в галактиці надмасивна чорна діра, і оцінити її масу.

Так само вивчення рентгенівського випромінювання галактики може виявити наявність надмасивної чорної діри. Будучи справжніми майстрами маскування, Маленькі Червоні Крапки виглядають як різні астрофізичні об’єкти, залежно від того, чи вирішать астрономи вивчати їх за допомогою рентгенівських променів, емісійних ліній чи чогось іншого.

Інформація, зібрана астрономами зі спектрів і ліній випромінювання Маленьких червоних крапок, привела до двох розбіжних моделей, що пояснюють їх природу. Ці об’єкти є або надзвичайно щільними галактиками, що містять мільярди зірок, або містять надмасивну чорну діру.

Дві гіпотези

Відповідно до гіпотези лише зірок, Маленькі червоні крапки містять величезну кількість зірок — до 100 мільярдів зірок. Це приблизно така ж кількість зірок, як і в Чумацькому Шляху — набагато більшій галактиці. Уявіть собі, що ви стоїте один у величезній порожній кімнаті. Цей величезний тихий простір представляє область Всесвіту поблизу нашої Сонячної системи, де зірки рідко розсіяні. А тепер уявіть ту саму кімнату, але заповнену всім населенням Китаю.

Ця переповнена кімната — це те, що відчуває ядро ​​найщільнішої маленької червоної точки. Ці астрофізичні об’єкти можуть бути найщільнішим зоряним середовищем у всьому Всесвіті. Астрономи навіть не впевнені, чи можуть фізично існувати такі зоряні системи.

Крім того, існує гіпотеза чорної діри. Більшість маленьких червоних крапок мають чіткі ознаки присутності надмасивної чорної діри в їх центрі. Астрономи можуть визначити, чи є в галактиці чорна діра, дивлячись на великі емісійні лінії в їхніх спектрах, утворені газом навколо чорної діри, що обертається на високій швидкості.

Насправді астрономи вважають, що ці чорні діри занадто масивні порівняно з розміром їхніх компактних галактик.

Зазвичай чорні діри мають масу приблизно 0,1% від зоряної маси галактик-господарів. Але деякі з цих Маленьких Червоних Крапок містять чорну діру, майже таку ж масивну, як уся їхня галактика. Астрономи називають ці надмасивні чорні діри, оскільки їхнє існування суперечить умовному співвідношенню, яке зазвичай спостерігається в галактиках.

Але є ще одна заковика. На відміну від звичайних чорних дір, ті, які ймовірно присутні в Маленьких Червоних Крапках, не виявляють жодних ознак рентгенівського випромінювання. Навіть на найглибших доступних зображеннях високої енергії, де астрономи мали б змогу легко спостерігати ці чорні діри, їх немає жодного сліду.

Мало рішень і багато надій

Той факт, що чорні діри занадто великі або надмасивні, може не бути проблемою для нашого розуміння Всесвіту, а скоріше найкращим свідченням того, як народилися перші чорні діри у Всесвіті. Насправді, якщо перші чорні діри, які коли-небудь утворилися, були дуже масивними — приблизно в 100 000 разів перевищували масу Сонця, — теоретичні моделі припускають, що їхнє співвідношення маси чорної діри до маси господарської галактики могло залишатися високим протягом тривалого часу після утворення.

Отже, як астрономи можуть відкрити справжню природу цих маленьких цяток світла, які сяють на початку часів? Як і у випадку з нашим майстром маскування — восьминогом — секрет полягає в спостереженні за їхньою поведінкою.

Використання телескопа Webb і більш потужних рентгенівських телескопів для проведення додаткових спостережень зрештою виявить особливість, яку астрономи можуть віднести лише до одного з двох сценаріїв. Наприклад, якби астрономи чітко виявили рентгенівське або радіовипромінювання або інфрачервоне світло, що випромінювалося навколо місця, де могла бути чорна діра, вони б знали, що гіпотеза про чорну діру є правильною.