|
Семена сверхмассивных черных дыр
|
|
|
|
Когда в июле 2022 года JWST начал научные наблюдения, это открыло совершенно новое окно во Вселенную. JWST заглянул дальше в прошлое, чем любой другой телескоп, и обнаружил несколько сюрпризов. Одним из них были маленькие красные точки (LRD), древние, тусклые объекты, которые мощный космический телескоп обнаружил всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
JWST обнаружил более 300 LRD, и их яркость свидетельствует об огромных звездных массах. Хотя на ранних этапах предполагалось, что это галактики, не все были согласны с этим, и оставалось еще много вопросов. В столь давние времена существовало так много LRD, что их существование противоречило нашим представлениям о раннем космосе. В чем, похоже, сходятся все ученые, так это в том, что эти объекты являются квинтэссенцией понимания роста и эволюции Вселенной в то, что мы видим сегодня.
|
|
|
|
Первоначальное исследование показало, что LRD являются активными ядрами галактик (AGN) со сверхмассивными черными дырами (SMBH) в их центрах. Это может объяснить их ярко выраженный красный цвет, вероятно, вызванный огромным количеством газа и пыли, окружающих объекты в виде аккреционных дисков. Но в других отношениях они не похожи на AGN. Они не испускают заметных рентгеновских лучей, имеют плоский спектр в инфракрасной области и демонстрируют очень малую изменчивость.
|
|
|
|
Новое исследование предполагает, что LRD на самом деле являются не галактиками, а гипотетическим типом звезд, называемых сверхмассивными звездами (SMS). Астрономы считают, что SMS являются важными промежуточными этапами в формировании зародышей SMBH. Эти SMBH питают энергией квазары, которые ученые наблюдали в ранней Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование называется "Сверхмассивные звезды соответствуют спектральным характеристикам маленьких красных точек JWST". Авторы - Девеш Нандал из астрономического факультета Университета Вирджинии и Абрахам Леб из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики. Исследование доступно на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил множество загадочных компактных источников с высоким красным смещением, известных как "Маленькие красные точки" (LRD), физическая природа которых остается предметом интенсивных споров", - пишут авторы. "В то же время быстрое образование первых сверхмассивных черных дыр (SMBH) требует образования тяжелых зародышей, ведущими теоретическими прародителями которых являются сверхмассивные звезды (SMSS)".
|
|
|
|
Исследователи задались целью количественно проверить гипотезу о том, что LRDS на самом деле являются изначальными SMS.
|
|
|
|
Считается, что масса таких звезд составляет около 106 масс Солнца. Идея заключается в том, что эти звезды могли образоваться только в ранней Вселенной и что они взорвались как сверхновые с коллапсом ядра, которые создали ранние черные дыры, ставшие зародышами SMBH. Они могут объяснить, почему исследователи обнаруживают SMBH так рано по космическому времени, задолго до того, как они должны были существовать, согласно современным теориям.
|
|
|
|
"LRDs могут представлять собой прямое фотосферное излучение от аккрецирующих SMS, захваченных в последние 103 года перед коллапсом", - пишут авторы. "Такое короткое время жизни согласуется с редкостью LRD, что позволяет предположить, что они являются мимолетной, но важной фазой в формировании галактик и черных дыр".
|
|
|
|
Исследователи разработали подробные модели атмосферы для SMS с массой 10^6 масс Солнца и без металлов. Поскольку эти звезды относятся к третьей популяции, они не должны содержать металлов. Модель смогла учесть наблюдаемые характеристики LRD.
|
|
|
|
Смоделированный SMS соответствовал яркости LRD, и спектральные характеристики также совпадали. Это важно, потому что, как объясняют авторы, "конечной проверкой нашей модели является ее способность воспроизводить наблюдаемые спектры LRD". В своей работе они сосредоточились на двух LRD, называемых MoM-BH*-1 и The Cliff, объектах, которые занимают видное место в научной литературе.
|
|
|
|
"Определяющей характеристикой спектров LRD является одновременное присутствие сильной, широкой линии излучения H2 наряду с другими бальмеровскими линиями поглощения", - объясняют авторы. Они говорят, что это вызвано расширением плотной фотосферы вокруг SMSs.
|
|
|
|
Нандал и Леб говорят, что их работа является "фундаментальным исследованием того, могут ли сверхмассивные звезды ТРЕТЬЕЙ популяции (SMSS) служить центральными двигателями для загадочного класса объектов, известных как Маленькие красные точки (LRD)".
|
|
|
|
Они показали, что светимость SMS с массой 106 масс Солнца соответствует светимости LRDs. Они показали, что протяженная звездная фотосфера вокруг SMS может объяснять V-образный разрыв Бальмера, наблюдаемый в LRDs. Они также показали, что спектры SMS совпадают с наблюдаемыми спектрами LRDs.
|
|
|
|
"В заключение, наша модель SMS дает удивительно простую и самосогласованную физическую картину для LRD", - пишут авторы. В то время как другие модели, показывающие, что LRD являются активными ядрами галактик, требуют отдельных компонентов для излучения, поглощения и континуума, их происхождение является единым. Это согласуется с "Бритвой Оккама", которая призывает нас искать объяснения с наименьшим количеством элементов.
|
|
|
|
Хотя одно исследование ничего не доказывает однозначно, это закладывает основу для более глубоких исследований. "Будущая работа должна быть направлена на развитие заложенного здесь фундамента", - пишут исследователи в своем заключении. Расширенные модели могли бы исследовать, существуют ли различные пути распространения SMS с различной массой и другими свойствами для формирования наблюдаемой популяции LRD.
|
|
|
|
Маленькие красные точки чрезвычайно трудно наблюдать, и они находятся на пределе возможностей JWST. Хотя когда-нибудь, возможно, появится более мощный преемник JWST, на данный момент ученым приходится работать с тем, что у них есть.
|
|
|
|
Если будет доказано, что маленькие галактики с красными точками - это вовсе не галактики, а сверхмассивные звезды, которые являются прародителями современных сверхмассивных черных дыр (SMBH), мы получим ответ на один из самых волнующих вопросов в астрономии. Ученые могут продолжать доказывать, что LRD на самом деле являются SMS, но, возможно, они смогут подтвердить это только в далеком будущем.
|
|
|
|
Источник
|
