Данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) помогли астрономам приблизиться к разгадке одной из главных тайн ранней Вселенной — откуда появились сверхмассивные черные дыры (СМЧД) всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Исследование было посвящено загадочным объектам Little Red Dots («маленькие красные точки»), которые JWST обнаружил в глубоком космосе. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal и доступна на портале arXiv.
Эти объекты выглядят как чрезвычайно компактные источники красного света и не вписываются в классическую модель формирования галактик. Согласно стандартной теории, черные дыры должны расти постепенно: сначала массивная звезда взрывается, затем остается небольшая черная дыра, которая медленно набирает массу. Но JWST увидел крупные объекты, появившиеся необъяснимо рано.
Черные дыры из облаков
Ученые из Техасского университета в Остине сравнили наблюдения JWST с компьютерными моделями и пришли к выводу, что лучше всего данным соответствуют так называемые «тяжелые семена» — прямые коллапсы гигантских облаков водорода и гелия. В этом сценарии черная дыра появляется практически сразу, минуя стадию звезды, и ничто не ограничивает ее массу. Для таких объектов авторы используют аббревиатуру DCBH — direct-collapsed black, «самородная черная дыра».
Для моделирования исследователи использовали суперкомпьютеры Lonestar6 и Stampede3. Симуляции начинались с условий, существовавших примерно через 500 тысяч лет после рождения Вселенной. По словам авторов, задача оказалась настолько сложной, что без современных вычислительных мощностей ее невозможно было бы решить.
Команда применила необычный «генетический» метод анализа: ученые буквально восстанавливали «родословную» маленьких красных точек, отслеживая историю их формирования и слияний. Искусственный интеллект использовался как вспомогательный инструмент для обработки изображений JWST и выделения ключевых свойств объектов.
Некоторые древние черные дыры оказались массивнее… своих материнских галактик. JWST уже фиксировал объекты, где масса черной дыры непропорционально велика по сравнению с массой звезд вокруг нее. Обычно даже СМЧД в галактическом центре (такая как наша Стрелец A*) весит не более 0,5% от массы всех звезд системы. В случае же с маленькими красными точками черные дыры оказывались на один или даже два порядка «увесистее».
Авторы предложили новый термин — overmassive black hole galaxy (OBG) — галактика с непропорционально массивной черной дырой.
Роль ранних сверхновых
Известно, что так называемая обратная связь (feedback) черных дыр подавляет звездообразование, нагревая и рассеивая холодный звездообразующий газ. Астрофизики также знают, что звезды Популяции III, первого поколения звезд, были массивными, недолговечными, и многие из них взрывались как необычайно мощные сверхновые.
Эти многочисленные сверхновые, работая совместно с черными дырами, могли дополнительно «душить» звездообразование, помогая усугублять неравномерное соотношение между массой черной дыры и звездной массой в ранних галактиках.
В качестве доказательства достоверности своего моделирования авторы указывают на пару хорошо известных ранних OBG, наблюдаемых JWST: GHZ9 и UHZ1 (фото выше).
Наши модели дают отличное соответствие спектрам UHZ1 и GHZ9 при красном смещении z = 10,1 и 10,4 соответственно. Учитывая, что количество обнаруженных до сих пор OBG согласуется с предыдущими оценками плотности числа «самородных» черных дыр, наше моделирование предполагает, что OBG могут быть естественной фазой эволюции в большинстве галактик.
Авторы исследования
Об альтернативной трактовке феномена маленьких красных точек читайте в материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru