Коли космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) розпочав роботу, одним із найперших його оглядів був огляд галактик, що існували на дуже ранньому етапі розвитку Всесвіту. В грудні 2022 р. ці спостереження дали змогу виявити кілька об՚єктів, що мали вигляд як «малі червоні цятки» («Little Red Dots», LRD). Виникло питання щодо пояснення природи таких утворень. Хоча нинішня згода полягає в тому, що ці об՚єкти є компактними ранніми галактиками, досі тривають дебати щодо їхнього складу й того, чому вони такі червоні. З одного боку, існує гіпотеза «тільки зорі», яка стверджує: LRD червоні, бо їх заповнюють зорі та пил.

Це означає, що вони можуть бути схожими на «пилові галактики», які астрономи спостерігають у нинішньому Всесвіті. З іншого боку, існує гіпотеза «масивні чорні діри та галактики» («MBH and galaxy»), яка стверджує: LRD є ранніми прикладами галактик з активними ядрами (Active Galactic Nuclei, AGN), що існують у всьому Всесвіті в теперішній час. Кожна гіпотеза вказує на суттєві наслідки щодо того, як еволюціонували ці галактики, щоб стати тими зоряними системами, котрі нині спостерігають науковці. В нещодавній статті міжнародна група астрономів розглянула різні сценарії і дійшла висновку, що LRD спочатку були «тільки зоряними» галактиками, які зрештою утворили зародки надмасивних чорних дір (supermassive black holes, SMBH) у центрі нинішніх галактик.

Дослідження очолював Андрес Ескала (Andres Escala), професор астрономії з Чилійського університету. До нього приєдналися колеги з Інституту астрономічних обчислень Гейдельберзького університету, Єльського університету та Римського університету ла Сап՚єнца. Стаття, в якій докладно описані їхні висновки, «On the Fate of Little Red Dots» («Про долю маленьких червоних цяток»), зараз перебуває на рецензії для публікації в Astrophysical Journal.

Відкриття «маленьких червоних цяток» збентежило астрономів, бо вони мають певні характеристики, що нагадують сучасні астрономічні об՚єкти, але з деякими помітними відмінностями. Наприклад, інтерпретація «лише зоряний тип» стверджує, що LRD — це галактики з інтенсивним зореутворенням, пилові галактики з надзвичайно щільними ядром. Ця гіпотеза пояснює дві найхарактерніші риси LRD: їхній компактний і червоний вигляд. Однак ширина спектральних ліній водню (лінії серії Бальмера) в їхньому випромінюванні свідчить про набагато вищу дисперсію швидкостей, ніж та, яка характерна для ранніх галактик. Такі швидкості спричинили б довгострокову нестабільність цих об՚єктів.

Знімок, отриманий за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, що показує ранні галактики, виявлені під час загальних спостережень першого циклу. Авторські права на зображення: NASA/ESA/CSA. Фото з сайту www.universetoday.com.

На противагу цьому, пояснення природи «маленьких червоних цяток» на основі MBH підтверджує наявність широких ліній Бальмера, які свідчать про масивні чорні діри в їхніх центрах. Однак більшість LRD, здається, не випромінюють значної кількості рентгенівського випромінювання (що типово для квазарів), а чорні діри, які, згідно із припущенням, присутні в таких об՚єктах, є надмірно масивними відносно цих галактик. Проте, як повідомив професор Ескала виданню Universe Today електронною поштою, ці два пояснення астрономи вважають найімовірнішими з двох причин:

«Окрім наявності вагомих доказів, ці дві переважні інтерпретації вважають «менш екзотичними», ніж альтернативні. Однак, LRD все ще є об՚єктами, які астрономи ніколи раніше не спостерігали при низьких значеннях червоного зміщення (z). Інтерпретація “масивні чорні діри та галактики” є сприйнятною, бо такі об՚єкти є «нормальними» в місцевому Всесвіті, але з різною «вагою». У місцевому Всесвіті маса надмасивної чорної діри становить 0,1% від маси галактики; однак для LRD вона становила б 10% від материнської галактики (у 100 разів більше). Чисто зоряна інтерпретація для LRD стверджує, що вони можуть бути просто ще однією галактикою, як і будь-яка інша у Всесвіті, але з суттєвою різницею: вони принаймні вдесятеро менші за найменші галактики, які астрономи спостерігали раніше (100 парсек [пк] проти 1 кпк) та зі значно більшою масою.»

На противагу цьому, Ескала та його колеги почали з чисто зоряної інтерпретації, але розглянули, як LRD можуть еволюціонувати, щоб відповідати інтерпретації чорні діри та галактик. Їхня теорія об՚єднала б ці дві інтерпретації, припустивши, що вони представляють різні еволюційні стадії цих ранніх галактик. Як зазначив Ескала, їхню теорію підтверджують по суті ті ж докази, що й інтерпретацію чорних дір та галактик. Це включає те, як мало LRD можна виявити в рентгенівських променях як порівняти з квазарами в більш пізньому Всесвіті:

«В рамках еволюційного шляху, запропонованого в нашій статті, відсутність рентгенівських променів по суті говорить нам про те, що більшість LRD перебувають на ранніх стадіях такої еволюції. Минуща природа LRD (з՚являються у Всесвіті лише між z=8 та 4, що еквівалентно 10% віку Всесвіту) може підтверджувати: ці об՚єкти можна спостерігати лише на ранніх стадіях. Пізніше вони еволюціонують в системи (або їх компоненти), більш схожі на ті, які астрономи спостерігають при менших червоних зміщеннях.»

Коротше кажучи, їхня теорія постулює — LRD зрештою міститимуть надмасивну чорну діру, оскільки, навіть за інтерпретацією «лише зорі», екстремальні щільності LRD означають, що значна частина їхніх внутрішніх областей зрештою утворить масивну чорну діру, яка буде надмірно масивною відносно материнської галактики. Цей еволюційний підхід до LRD пропонує більш повне пояснення спостережень «Вебба» за раннім Всесвітом. Це може мати значні наслідки для наших сучасних моделей космології та еволюції галактик, які були поставлені під сумнів нещодавнім відкриттям цих дуже компактних і насичено-червоних об՚єктів. Ескала сказав:

«Це означає, що LRD, ймовірно, є найсприятливішими місцями для формування масивних чорних дір. Навіть якщо ці системи складаються лише із зір, наша робота передбачає, що така зоряна система не може бути стабільною (принаймні у своїх внутрішніх областях) і неминуче прагне утворювати масивну чорну діру. Доповнюючи це іншими запропонованими сценаріями, за всіх можливих обставин LRD будуть місцями для наявних або нещодавно утворених масивних чорних дір. Формування таких об՚єктів — це одна з найбільших проблем у питанні появи космічних структур та космології.»

За інф. з сайту www.universetoday.com