Симуляции объяснили природу загадочных «маленьких красных точек» телескопа «Джеймс Уэбб»

Среди множества открытий, сделанных космическим телескопом «Джеймс Уэбб», одним из самых странных стала большая популяция крошечных, интенсивно красных объектов, известных как «маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRD). Их истинная природа до сих пор оставалась неясной. Теперь новые симуляции, выполненные на японском суперкомпьютере ATERUI III, позволяют предположить, что эти объекты могут быть быстрорастущими чёрными дырами, которые воспользовались условиями ранней Вселенной, больше не существующими сегодня.

Для объяснения не требуется необычная физика или крайне маловероятные события. Напротив, симуляции показывают, что «маленькие красные точки» могли естественным образом возникать в среде молодого космоса, где чёрные дыры были способны расти с невероятной скоростью.

Исследование возглавил Сонмён Чон из Института астрофизики Общества Макса Планка. Команда использовала суперкомпьютер ATERUI III в Национальной астрономической обсерватории Японии для проведения одних из самых детальных на сегодняшний день космологических симуляций ранней Вселенной.

Симуляции начались в масштабе молодой галактики, а затем постепенно фокусировались на всё меньших областях, в конечном итоге доходя до отдельных облаков газа. Такой требовательный подход потребовал вычислительной мощности ATERUI III с высоким разрешением.

Результаты показывают, что интенсивное дальнее ультрафиолетовое (FUV) излучение от соседних галактик может препятствовать формированию обычных звёзд внутри некоторых газовых облаков. Вместо того чтобы распадаться на множество меньших звёзд, газ может коллапсировать в одну сверхмассивную звезду.

Эта огромная звезда затем может коллапсировать и создать зародыш чёрной дыры.

Как только эти зародыши чёрных дыр формируются, симуляции показывают, что они могут оказаться окружёнными плотными дисками из плотного газа. Такая богатая газом среда удерживает излучение и позволяет чёрным дырам поглощать материал гораздо эффективнее, чем это возможно для чёрных дыр в современной Вселенной.

В этих условиях чёрные дыры могут расти в десятки раз быстрее, чем это было бы возможно сегодня.

Свойства этих смоделированных чёрных дыр близко напоминают «маленькие красные точки», наблюдаемые космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Это сходство позволяет предположить, что загадочные красные объекты могут представлять собой раннюю стадию чрезвычайно быстрого роста чёрных дыр.

Астрономы годами пытались объяснить, как сверхмассивные чёрные дыры появились так рано в космической истории. Некоторые из этих чёрных дыр содержат миллионы или даже миллиарды масс Солнца, и при этом они уже существовали менее чем через 600 миллионов лет после Большого взрыва.

Ожидалось, что «Джеймс Уэбб» поможет решить эту загадку, обнаруживая более тусклые и далёкие галактики, чем могли видеть предыдущие телескопы.

Поскольку свет движется с конечной скоростью, наблюдение очень далёких объектов означает также взгляд в прошлое. Если галактика находится на расстоянии 11 миллиардов световых лет, её свет шёл 11 миллиардов лет, прежде чем достичь Земли. То, что мы видим, — это галактика такой, какой она была 11 миллиардов лет назад. Тот же принцип применим к галактике на расстоянии 12 миллиардов световых лет, свет которой имеет возраст 12 миллиардов лет.

«Джеймс Уэбб» способен заглянуть дальше в прошлое, чем более ранние обсерватории, давая астрономам беспрецедентный взгляд на молодую Вселенную.

Вместо того чтобы сразу разрешить загадку раннего роста чёрных дыр, «Джеймс Уэбб» обнаружил нечто неожиданное: большую популяцию крошечных, чрезвычайно красных объектов, которые исследователи начали называть «маленькими красными точками».

Новые симуляции позволяют предположить, что эти объекты могут на самом деле быть недостающим фрагментом головоломки.

Согласно модели, условия, необходимые для создания и быстрого роста этих чёрных дыр, естественным образом развивались в ранней Вселенной. Никаких экзотических допущений или редких совпадений не потребовалось. Это также может помочь объяснить, почему «маленькие красные точки», по-видимому, так распространены в наблюдениях «Джеймса Уэбба».

По мере того как «Джеймс Уэбб» продолжает находить всё больше LRD, а будущие телескопы заглядывают ещё глубже в космическую историю, эта модель может дать астрономам ценную основу для понимания того, как формировались, росли и помогали формировать эволюцию космоса некоторые из самых ранних чёрных дыр Вселенной.

Источники:

Материалы предоставлены Национальными институтами естественных наук.

Sunmyon Chon, Shingo Hirano, Tomoaki Ishiyama, Seok-Jun Chang, Volker Springel. Overmassive black holes and little red dots naturally form in simulations. Nature, 2026; 657 (8132): 621 DOI: 10.1038/s41586-026-10985-8