Загадочные «маленькие красные точки» могут раскрыть секреты формирования первых черных дыр

Крошечные красные галактики космического рассвета могли сформироваться внутри редких темных гало материи с низким вращением, создавая экстремальные среды, где звезды или черные дыры могли быстро расти. Автор: AI/ScienceDaily.com

Астрономы из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт предложили новое объяснение для некоторых из самых загадочных ранних галактик Вселенной, получивших прозвище «маленькие красные точки».

В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, авторы Фабио Пакуччи и Абрахам (Ави) Лёб предполагают, что эти галактики являются результатом очень медленно вращающихся темных гало материи — чрезвычайно редкой космической структуры.

Эти слабые компактные объекты, обнаруженные на глубоких снимках космоса с телескопа Джеймса Уэбба (JWST), бросили вызов пониманию учеными того, как галактики и черные дыры формировались в ранней Вселенной.

«Маленькие красные точки — это очень компактные и красные далекие галактики, которые были совершенно не обнаружены до телескопа Джеймса Уэбба», — сказал Пакуччи. — «Это, пожалуй, самое удивительное открытие JWST на сегодняшний день. Наша работа показывает, что они могли естественным образом сформироваться в темных гало материи с очень низким вращением».

Загадка ранней Вселенной

Эти галактики в основном видны, когда Вселенной был всего миллиард лет, но, вероятно, сформировались гораздо раньше, во время так называемого космического рассвета, пояснил Пакуччи. Несмотря на то, что они примерно в десять раз меньше типичных галактик, астрономические наблюдения показывают, что они выглядят необычно яркими. Астрономы полагают, что их поразительный красный цвет свидетельствует о том, что они окутаны пылью или заполнены старыми звездами.

В течение многих лет астрономы спорили, генерируется ли свет, который мы наблюдаем от этих объектов, звездами или центральными сверхмассивными черными дырами.

«Это фундаментальная загадка», — сказал Пакуччи. — «Если они содержат черные дыры, то эти черные дыры огромны для таких маленьких галактик. Но если они содержат только звезды, то галактики слишком компактны, чтобы вместить их все, достигая немыслимых центральных звездных плотностей».

Вместо того чтобы сосредотачиваться на том, что питает светящиеся точки, Пакуччи и Лёб выбрали другой подход: они изучили, как такие объекты могли сформироваться в первую очередь.

Цикл низкого вращения

Темные гало материи — это невидимые вращающиеся структуры, вокруг которых формируются галактики. В своей работе авторы показывают, что светящиеся точки сформировались в гало, находящихся в нижнем 1% распределения вращения. Другими словами, 99% всех гало вращаются быстрее. Эти гало с низким вращением естественным образом создавали бы чрезвычайно компактные галактики.

Эта гипотеза также объясняет, почему светящиеся точки относительно редки: они представляют всего 1% от количества типичных галактик, но встречаются чаще, чем квазары — чрезвычайно яркие центры сверхмассивных черных дыр, сияющие в центре некоторых галактик.

Кроме того, теория помогает прояснить, почему светящиеся точки наблюдаются только в течение короткого миллиардолетнего периода в ранней Вселенной. По мере эволюции Вселенной темные гало материи увеличиваются в размерах и приобретают больше углового момента, что затрудняет формирование компактных галактик с низким вращением.

«Темные гало материи характеризуются скоростью вращения: некоторые из них вращаются очень медленно, а другие — быстрее», — сказал Лёб. — «Мы показали, что если предположить, что маленькие красные точки обычно находятся в первом процентиле распределения вращения темных гало материи, то это объясняет все их наблюдательные свойства».

Идеальные среды для черных дыр

Хотя статья не разрешает вопрос о том, питаются ли маленькие красные точки звездами или черными дырами, она предполагает, что они являются идеальными средами для быстрого роста звезд или черных дыр.

«Гало с низким вращением склонны концентрировать массу в центре, что облегчает черной дыре аккрецию вещества или быстрому формированию звезд», — сказал Пакуччи.

Некоторые из точек показывают широкие линии излучения в своих спектрах, что может быть признаком активных черных дыр, но им не хватает рентгеновского излучения, обычно связанного с ними. Пакуччи возглавляет новые программы для лучшего понимания природы этих своеобразных астрофизических источников.

«Наша работа — это шаг к пониманию этих загадочных объектов», — сказал он. — «Они могут помочь нам понять, как сформировались первые черные дыры и как они совместно эволюционировали с галактиками в ранней Вселенной».

Источники: sciencedaily.com, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian