Крошечные красные объекты, обнаруженные космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, предлагают ученым новое понимание происхождения галактик во Вселенной и могут представлять собой совершенно новый класс небесных объектов: черную дыру, поглощающую огромное количество материи и извергающую свет.

Используя первые наборы данных, опубликованные телескопом в 2022 году, международная группа учёных, включая исследователей из Университета штата Пенсильвания, обнаружила загадочные «маленькие красные точки». Исследователи предположили, что эти объекты могут быть галактиками, столь же зрелыми, как наш нынешний Млечный Путь, возраст которого составляет примерно 13,6 миллиарда лет, всего через 500–700 миллионов лет после Большого взрыва.

Первоначально предполагалось, что эти объекты, которые группа ученых неофициально окрестила «разрушителями вселенной» , являются галактиками, гораздо более древними, чем можно было ожидать в зарождающейся Вселенной. Это ставит под сомнение то, что ученые ранее знали о формировании галактик.

Теперь в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics , международная группа астрономов и физиков, включая ученых из Университета штата Пенсильвания, предполагает, что эти точки могут быть не галактиками, а совершенно новым типом объекта: черной дырой-звездой.

По их словам, их анализ показывает, что крошечные точки света могут быть гигантскими сферами горячего газа, которые настолько плотны, что выглядят как атмосферы типичных звезд, работающих на термоядерном синтезе. Однако вместо термоядерного синтеза их питают сверхмассивные черные дыры в их центре, которые быстро втягивают материю, преобразуя ее в энергию и испуская свет.

«По сути, мы рассмотрели достаточное количество красных точек, пока не нашли одну, у которой было так много атмосферы, что ее нельзя было отнести к типичным звездам, которые мы ожидаем от галактики», — сказал Джоэл Леха, доцент кафедры астрофизики имени доктора Кейко Мива Росс в Университете штата Пенсильвания и соавтор статьи.

«Это действительно элегантный ответ, потому что мы думали, что это крошечная галактика, полная множества отдельных холодных звезд, но на самом деле это, по сути, одна гигантская, очень холодная звезда».

Холодные звёзды излучают мало света из-за своей низкой температуры по сравнению с обычными звёздами, пояснил Леха. Большинство звёзд во Вселенной — маломассивные и холодные, но их, как правило, сложнее увидеть, поскольку они затмеваются более редкими и яркими массивными звёздами.

Астрономы идентифицируют холодные звезды по их свечению, которое в основном находится в красном оптическом или ближнем инфракрасном спектре — длинах волн света, которые больше не видны.

Исследователи утверждают, что , в то время как газ вокруг сверхмассивных черных дыр обычно очень горячий, температура составляет миллионы градусов Цельсия, в свете этих «красных точек» черных дыр преобладает очень холодный газ, что похоже на атмосферу маломассивных холодных звезд, судя по длинам волн испускаемого ими света.

JWST, самый мощный телескоп в космосе, был разработан для изучения зарождения космоса с помощью инфракрасных датчиков, способных регистрировать свет, излучаемый древнейшими звёздами и галактиками. По сути, телескоп позволяет учёным заглянуть примерно на 13,5 миллиарда лет назад, к началу существования Вселенной в её нынешнем виде, пояснил Леха.

С того момента, как телескоп включился, исследователи по всему миру начали замечать «маленькие красные точки» — объекты, которые казались намного более массивными, чем предсказывали модели галактик.

По словам Лехи, сначала он и его коллеги думали, что эти объекты — зрелые галактики, которые, как правило, краснеют по мере старения звёзд внутри них. Но объекты были слишком яркими, чтобы объяснить их происхождение — для этого звёзды должны были быть упакованы в галактиках с невероятной плотностью.

«Ночное небо такой галактики было бы ослепительно ярким», — сказал Бинцзе Ван, ныне научный сотрудник NASA Hubble в Принстонском университете, работавший над статьей в качестве постдокторанта в Университете штата Пенсильвания.

«Если эта интерпретация верна, это означает, что звёзды образовались в результате необычных процессов, которые никогда ранее не наблюдались».

Чтобы лучше понять эту загадку, исследователям требовались спектры – тип данных, которые могли бы дать информацию о количестве света, излучаемого объектами на разных длинах волн. С января по декабрь 2024 года астрономы потратили почти 60 часов телескопа Уэбба, чтобы получить спектры в общей сложности 4500 далёких галактик. Это один из самых обширных наборов спектроскопических данных, когда-либо полученных с помощью телескопа.

В июле 2024 года группа обнаружила объект со спектром, указывающим на огромную массу, что делает его самым экстремальным случаем такого раннего и крупного объекта. Астрономы прозвали этот объект «Скала», назвав его наиболее перспективным для исследования природы этих «маленьких красных точек».

«Экстремальные свойства Скалы заставили нас вернуться к чертежной доске и разработать совершенно новые модели», — заявила Анна де Граафф, научный сотрудник Института астрономии Общества Макса Планка и соавтор статьи, в пресс-релизе Института Макса Планка.

Объект был настолько далёким, что его свету потребовалось примерно 11,9 миллиарда лет, чтобы достичь Земли. Спектральный анализ этого света показал, что на самом деле это была сверхмассивная чёрная дыра , втягивающая в себя окружающее с такой скоростью, что она окуталась огненным шаром из водорода. Свет, замеченный Лейей и его коллегами, исходил не от плотных звёздных скоплений, а от одного гигантского объекта.

Леха объяснил, что чёрные дыры находятся в центре большинства галактик. В некоторых случаях эти чёрные дыры в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца нашей Солнечной системы, притягивая к себе близлежащую материю с такой силой, что она преобразуется в энергию и излучает свет.

«Никто никогда толком не знал, почему и откуда берутся эти гигантские черные дыры в центрах галактик», — сказал Леха, который также связан с Институтом вычислительных наук и наук о данных Университета штата Пенсильвания.

«Эти чёрные дыры могут быть первой фазой формирования чёрных дыр, которые мы наблюдаем сегодня в галактиках, — сверхмассивных чёрных дыр на начальной стадии развития».

Он добавил, что JWST уже обнаружил признаки существования массивных чёрных дыр в ранней Вселенной . Эти новые звёздные объекты, представляющие собой, по сути, звёзды, представляющие собой скопления чёрных дыр с турбонаддувом, могут помочь объяснить раннюю эволюцию Вселенной и стать ценным дополнением к существующим моделям. Команда планирует дальнейшую работу по проверке этой гипотезы, изучая плотность газа и интенсивность этих ранних чёрных дыр, сказал Леха.

Конечно, таинственные «маленькие красные точки» находятся на большом расстоянии как во времени, так и в пространстве, и их малый размер особенно затрудняет получение четкого изображения.

«Это лучшая из имеющихся у нас идей и, по сути, первая, которая соответствует почти всем данным, поэтому теперь нам нужно ее доработать», — сказал Леха.

«Ошибаться — это нормально. Вселенная гораздо страннее, чем мы можем себе представить, и всё, что мы можем сделать, — это следовать её подсказкам. Нас ещё ждут большие сюрпризы».