Малі червоні цятки — компактні далекі галактики, які телескоп JWST побачив у ранньому Всесвіті, — можуть бути системами з чорними дірами прямого колапсу. У такому сценарії чорна діра виникає не після вибуху масивної зорі, а внаслідок швидкого стискання великої газової хмари.
Нову інтерпретацію запропонували автори препринту «Малі червоні цятки — галактики, у яких формуються чорні діри прямого колапсу», оприлюдненого на arXiv. Робота ще не пройшла наукового рецензування, тому висновок слід розглядати як перевірювану модель, а не як остаточно встановлений факт.
Компактні галактики зі складними спектрами
Малі червоні цятки назвали так через їхній вигляд на знімках JWST: це дуже малі й червонуваті джерела світла. Їхній діаметр становить приблизно 326–652 світлові роки. Для галактик це надзвичайно компактний масштаб.
Найскладнішим виявився їхній спектр — розподіл яскравості світла за довжинами хвиль. У таких об’єктів спостерігають характерну форму з яскравими ультрафіолетовими та інфрачервоними ділянками і сильним спадом між ними. Також у спектрах є бальмерівське поглинання: ознаки того, що частина світла проходить крізь густий водень.
Попередні пояснення включали надщільні зоряні системи, сильно закриті газом чорні діри, надмасивні зорі та ще екзотичніші об’єкти. Проте автори нової роботи зазначають, що ці сценарії не завжди одночасно пояснювали походження щільної оболонки, форму спектра, кількість таких джерел і тривалість їхнього існування.
Газовий диск навколо молодої чорної діри
У новому моделюванні чорна діра прямого колапсу формується всередині масивного газового диска. Диск не зникає одразу після її появи, а продовжує оточувати центральний об’єкт щільною речовиною.
Саме ця речовина визначає вигляд системи. У центральних ділянках диска газ настільки щільний, що затримує рентгенівське випромінювання чорної діри. Частина енергії поглинається та перетворюється на випромінювання інших діапазонів. Водночас ультрафіолетове, видиме й інфрачервоне світло може частково залишати галактику.
Модель також утворює поряд із чорною дірою щільне зоряне скупчення. Його маса сягає 100 мільйонів мас Сонця, а радіус становить близько 490 світлових років. Це узгоджується з компактними розмірами, які JWST вимірює для малих червоних цяток.
Модель відтворює різні типи об’єктів
Автори порівняли синтетичні спектри зі спостереженнями кількох малих червоних цяток. За їхніми словами, моделі відповідають як типовим об’єктам, так і джерелам із особливо сильними бальмерівськими розривами — різкими змінами яскравості спектра поблизу ліній водню.
Модель також застосували до одного з найвіддаленіших відомих представників цієї групи, світло від якого йшло до нас із дуже ранньої епохи Всесвіту. Це важливо, бо саме в той час могли з’являтися зародки майбутніх надмасивних чорних дір.
Чому це важливо
Чорні діри масою в мільйони й мільярди Сонць уже існували в молодому Всесвіті. Як вони встигли так швидко вирости, залишається однією з центральних проблем астрофізики. Прямий колапс — один із можливих шляхів: він дає чорній дірі більшу початкову масу, ніж звичайне утворення після смерті зорі.
Якщо малі червоні цятки справді є галактиками на цій стадії, JWST фактично спостерігає середовище, де виникають такі чорні діри. Наступним кроком буде перевірка моделі на більшій кількості спектрів і пошук ознак, які відрізняють її від альтернативних пояснень.
