Введение

Совсем недавно астрономы сделали удивительное открытие: самая удаленная звезда черной дыры, существующая менее чем через 660 миллионов лет после Большого взрыва, может помочь разгадать загадку «маленьких красных точек», которые наполняют изображения ранней Вселенной, полученные телескопом Джеймса Уэбба.

Загадочные маленькие красные точки

Согласно общему мнению, эти странные объекты, впервые обнаруженные в 2022 году, являются растущими сверхмассивными черными дырами, заключенными в гигантских облаках газа, спектры которых напоминают холодные красные звезды, такие как красные гиганты. Астрономы обнаружили, что некоторые из этих объектов расположены в центре молодых галактик, свет которых доходит до нас спустя около 12 миллиардов лет — с небольшими отклонениями. Из-за их удаленности и слабости света, определить источник света черных дыр сложно, особенно когда вокруг есть галактики, слишком тусклые для разрешения JWST.

Открытие MoM-BH*-1

Недавно найденная звезда черной дыры, получившая название MoM-BH*-1, была обнаружена в рамках программы JWST, известной как Mirage или Miracle (MoM). Она стала своего рода недостающей связью в этой сложной головоломке. «Обзор Mirage или Miracle был специально разработан для целевой работы с источниками, считающимися ‘рисковыми’, что означает, что они могли быть как замечательными открытиями, так и просто неуместными объектами, такими как некоторые холодные близкие звезды, которые выглядят как далекие галактики,» — отметил Йоррит Матте из Института науки и технологий Австрии и сопредседатель исследования MoM.

Свойства MoM-BH*-1

Звезда черной дыры MoM-BH*-1 является лучшим примером «обнаженной» звезды черной дыры, что означает, что астрономы уверены, что она существует в пространстве самостоятельно, а не внутри развивающейся галактики. Это означает, что весь ее свет генерируется аккрецией на черную дыру в центре облака. Хотя мы не можем видеть эту аккрецию из-за облака газа, этот свет активизирует окружающее облако, заставляя его светиться, подобно тому, как энергия, генерируемая внутри Солнца, заставляет его внешние слои излучать.

Соседство с молодой галактикой

Интересно, что MoM-BH*-1 находится близко к молодой галактике на том же красном смещении, и по оценкам, ей потребуется еще 100 миллионов лет, чтобы столкнуться и объединиться с галактикой. Команда Наиду и Матте смоделировала, каким образом будет выглядеть спектр галактики после слияния с MoM-BH*-1, и обнаружила, что он будет очень похож на уже известные маленькие красные точки внутри галактик. «Рассматривая звезду черной дыры как шаблон для черной дыры в маленьких красных точках, мы помогаем прояснить многие неопределенности о них,» — добавил Матте.

Роль в образовании квазаров

Таким образом, MoM-BH*-1 предоставляет убедительные доказательства того, что объект в сердце тусклых галактик, окруженных маленькими красными точками, является звездой черной дыры. Недавние наблюдения некоторых маленьких красных точек на более низких красных смещениях показали, что облако газа вокруг черной дыры начинает разрушаться, обнажая черную дыру и рентгеновские лучи, возникающие из-за аккреции газа на нее. Эти черные дыры, похоже, растут быстро, и окружение таких активных черных дыр становится высокосияющим, создавая квазар.

Теории о черных дырах

«Астрономы никогда не испытывали недостатка в воображении: с момента открытия квазаров не было недостатка в теориях, объясняющих, как эти черные дыры стали такими массивными так быстро,» — сказал Наиду. «Что-то грандиозное должно было произойти в ранней Вселенной. Теперь, с JWST, мы можем непосредственно наблюдать эту эпоху и увидеть, какие сценарии действительно имеют место.» Открытие рождения сверхмассивных черных дыр и их предшествования галактикам, окружающим их, было одной из основных научных целей JWST до его запуска. И на сегодняшний день он уже достиг больших успехов.

Заключение

Несмотря на то, что маленькие красные точки были открыты всего четыре года назад, исследования в этой области и звезд черных дыр стремительно развиваются, с новыми находками, появляющимися почти еженедельно. «Это невероятно захватывающее время: за последние два-три года было почти тысяча статей и препринтов о маленьких красных точках,» — заключил Матте. «Далеко не мираж, это может быть настоящим космическим чудом.» Научные результаты были опубликованы 13 августа в журнале Nature.