Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) позволили астрономам приблизиться к разгадке таинственных «маленьких красных точек» (LRD). Эти компактные объекты с экстремальным красным смещением, обнаруженные в 2024 году, могут быть молодыми сверхмассивными чёрными дырами, поглощающими материю с рекордной скоростью. К такому выводу пришла международная команда исследователей, проанализировавшая данные JWST с помощью новых теоретических моделей.

Ключевым доказательством стали спектры 12 LRD, полученные с помощью инструментов телескопа. Учёные обнаружили, что линии излучения газа в этих объектах сильно уширены из-за доплеровского эффекта — признак того, что вещество вращается вокруг центра со скоростями свыше 1000 км/с. Такие значения характерны для аккреционных дисков вокруг сверхмассивных чёрных дыр. Однако классическая модель активных галактических ядер (AGN) здесь не срабатывает: в отличие от типичных AGN, LRD почти не излучают в рентгеновском и радиодиапазонах, а их инфракрасный спектр остаётся необычно «плоским».

Источник: NASA / ESA / CSA / STScI / Dale Kocevski (Colby College)

Чтобы разрешить противоречие, учёные смоделировали среду вокруг чёрной дыры, окружённой плотным ионизированным облаком газа молодой галактики. Оказалось, что такой газ, насыщенный свободными электронами, действует как фильтр: он поглощает высокоэнергетическое рентгеновское и радиоизлучение, но пропускает в инфракрасном диапазоне. Это объясняет спектральные аномалии LRD. При этом, чтобы «пробиться» сквозь поглощающую оболочку, чёрная дыра должна аккрецировать материю почти на пределе Эддингтона — максимальной скорости, при которой давление излучения ещё не отталкивает вещество сильнее, чем гравитация его притягивает.

Расчёты показывают, что масса чёрных дыр-LRD составляет от 10 тысяч до 1 миллиона солнечных масс — в сотни раз меньше, чем у зрелых сверхмассивных чёрных дыр в современных галактиках. Это указывает на то, что объекты находятся на ранней стадии роста. Учёные предполагают, что ионизированное облако вокруг них является временным явлением: по мере приближения скорости аккреции к пределу Эддингтона давление излучения рассеивает газовую оболочку. После этого объекты теряют уникальные спектральные характеристики и превращаются в классические AGN. Этим объясняется, почему аналоги «красных точек» не встречаются в близких галактиках с низким красным смещением — их газовые «коконы» уже разрушены.

Открытие даёт ответ на один из главных вопросов астрофизики: как сверхмассивные чёрные дыры успели набрать миллиарды солнечных масс всего за первый миллиард лет существования Вселенной. Вероятно, их стремительный рост начинался именно в фазе LRD, когда экстремальная аккреция компенсировалась маскирующим эффектом окружающего газа. Дальнейшие наблюдения JWST за такими объектами помогут уточнить механизмы их формирования и связь с эволюцией первых галактик. Уже в ближайшие месяцы команда намерена проверить модель на расширенной выборке из 40 «маленьких красных точек», обнаруженных в рамках новых программ телескопа.

Подробнее на iXBT