Медленно вращающиеся гало темной материи могут объяснить загадочные «маленькие красные точки» в ранней Вселенной
Далекие галактики, разбросанные по ночному небу на этом глубоком снимке с космического телескопа «Джеймс Уэбб». Самые удаленные галактики выглядят как маленькие красноватые точки — те самые загадочные «маленькие красные точки». Автор: NASA, ESA, CSA, STScI, Брант Робертсон (UC Santa Cruz), Бен Джонсон (CfA), Сандро Таккелла (Кембридж), Марсия Рике (Университет Аризоны), Дэниел Айзенштейн (CfA)
Астрономы из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт предложили новое объяснение для некоторых из самых загадочных галактик ранней Вселенной, получивших прозвище «маленькие красные точки».
В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, авторы Фабио Пакуччи и Авраам (Ави) Лёб предполагают, что эти галактики образуются в очень медленно вращающихся гало темной материи — крайне редкой космической структуре.
Эти слабые компактные объекты, обнаруженные на глубоких снимках космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), поставили под сомнение представления ученых о формировании галактик и черных дыр в ранней Вселенной.
Их работа «Космические аномалии: гало с низким спином объясняют распространенность, компактность и эволюцию красного смещения "маленьких красных точек"» предлагает физическое объяснение уникальных свойств этих объектов.
«Маленькие красные точки — это очень компактные и красные далекие галактики, которые до "Джеймса Уэбба" вообще не обнаруживались», — сказал Пакуччи. «Это, пожалуй, самое удивительное открытие JWST на сегодня. Наша работа показывает, что они могут естественным образом формироваться в гало темной материи с очень низким спином».
Загадка ранней Вселенной
Эти галактики видны в основном в эпоху, когда Вселенной было всего около миллиарда лет, но, вероятно, они сформировались гораздо раньше, во время так называемого «космического рассвета», пояснил Пакуччи. Несмотря на то что их размер составляет лишь десятую часть типичных галактик, астрономические наблюдения показывают, что они выглядят необычно яркими. Их насыщенный красный цвет, по мнению ученых, может указывать на то, что они окружены пылью или заполнены старыми звездами.
Годы споров среди астрономов сводились к вопросу: излучение этих объектов порождается звездами или сверхмассивными черными дырами в их центрах?
«Это фундаментальная загадка, — отметил Пакуччи. — Если там есть черные дыры, то они невероятно массивны для таких маленьких галактик. Но если там только звезды, то галактики слишком компактны, чтобы вместить их все, достигая центральной плотности звезд, которую трудно представить».
Цикл низкого спина
Гало темной материи — это невидимые вращающиеся структуры, вокруг которых формируются галактики. В своей работе авторы показывают, что «маленькие красные точки» образуются в гало, находящихся в нижнем 1% распределения по скорости вращения. Другими словами, 99% всех гало вращаются быстрее. Такие медленно вращающиеся гало естественным образом создают чрезвычайно компактные галактики. Подобно карусельным качелям: чем быстрее вращается гало, тем дальше «разлетаются» качели, растягивая галактику в центре; а медленное вращение сохраняет компактность.
Эта гипотеза также объясняет, почему «маленькие красные точки» относительно редки: они составляют лишь 1% от общего числа галактик, но встречаются чаще, чем квазары — сверхяркие центры галактик, питаемые сверхмассивными черными дырами.
Кроме того, это помогает понять, почему «маленькие красные точки» наблюдаются лишь в течение короткого периода в первый миллиард лет существования Вселенной. Со временем гало темной материи увеличиваются и набирают угловой момент, что затрудняет формирование компактных галактик с низким спином.
«Гало темной материи характеризуются скоростью вращения: некоторые из них вращаются очень медленно, другие — быстрее, — пояснил Лёб. — Мы показали, что если предположить, что "маленькие красные точки" находятся в первом процентиле распределения по скорости вращения гало, то это объясняет все их наблюдаемые свойства».
Идеальные условия для черных дыр
Хотя работа не дает окончательного ответа на вопрос, чем питаются «маленькие красные точки» — звездами или черными дырами, — она предполагает, что это идеальная среда для быстрого роста как звезд, так и черных дыр.
«Гало с низким спином концентрируют массу в центре, что облегчает аккрецию вещества черной дырой или быстрое формирование звезд», — сказал Пакуччи.
Некоторые из этих точек демонстрируют широкие линии излучения в спектрах, что может быть признаком активных черных дыр, но у них отсутствует характерное рентгеновское излучение. Пакуччи возглавляет новые программы исследований, чтобы лучше понять природу этих странных астрофизических объектов. Например, поиск похожих галактик в ближней Вселенной поможет выяснить, во что они эволюционируют.
«Наша работа — это шаг к пониманию этих загадочных объектов, — сказал он. — Возможно, они помогут нам разобраться, как формировались первые черные дыры и как они эволюционировали вместе с галактиками в ранней Вселенной».
Подробнее: Fabio Pacucci et al, Cosmic Outliers: Low-spin Halos Explain the Abundance, Compactness, and Redshift Evolution of the Little Red Dots, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ade871
0 комментариев