Эти объекты удивляют ученых своими характеристиками. Их спектр имеет характерную V‑образную форму: они ярко светятся и в ультрафиолете, и в оптическом диапазоне, но с заметной «просадкой» между ними. Широкие спектральные линии намекают на наличие активных черных дыр в центре этих объектов, но при этом у них почти нет излучения в рентгеновском, радио и инфракрасном диапазоне. На обычные галактики они не похожи, до типичных квазаров тоже не дотягивают — и астрономы всерьез обсуждали, не требуется ли для их объяснения выход за рамки стандартных космологических моделей.
Новая теоретическая работа предлагает гораздо более простое решение этой проблемы. Яньяо Чэнь из Нанкинского университета и Хоуджун Мо из Университета Массачусетса построили модель формирования галактик в рамках стандартной космологии ΛCDM и проследили, какие объекты в ней могли бы выглядеть как маленькие красные точки и во что они затем превращаются.
В их сценарии все начинается с «зачатков» черных дыр, возникающих более 13 миллиардов лет назад, при красных смещениях выше 20, когда Вселенной еще нет и 200 миллионов лет. Эти «семена» рождаются в мини‑гало — крошечных сгустках темной материи — вокруг первых поколений звезд. Массы таких черных дыр уже выходят на промежуточный диапазон, но этого недостаточно, чтобы свечением объяснить наблюдаемые маленькие красные точки.
Ключевую роль играет последующий рост за счет сверхэддингтоновского аккреционного режима — когда черная дыра поглощает вещество примерно в 10 раз быстрее теоретического предела — в ходе коротких, но бурных «ядерных вспышек». Эти эпизоды запускаются при сильных гравитационных возмущениях: слияниях или тесных сближениях галактик. Тогда в компактном центральном звездном скоплении одновременно идут интенсивное звездообразование и стремительный рост черной дыры.
К моменту, когда объект проявляет себя как маленькая красная точка при красном смещении около 5 (примерно через миллиард лет после Большого взрыва), центральная черная дыра достигает масс от сотен тысяч до миллиона масс Солнца. V‑образный спектр получается как «смешение» двух источников: молодые звезды в ядре дают синий ультрафиолетовый свет, а сверхбыстро растущая черная дыра — красное оптическое сияние.
Авторы подчеркивают, что такая популяция возникает в модели сама по себе, без тонкой подгонки параметров: это естественное следствие совместной эволюции черных дыр, галактик и их темных гало в рамках ΛCDM, а не искусственно введенный «особый класс» объектов.
Будущее маленьких красных точек, согласно расчетам, тоже может быть разным. Часть со временем встраивается в массивные галактики и ярчайшие галактики скоплений. Другие эволюционируют в относительной изоляции, почти не наращивая массу черной дыры после ранней фазы вспышек, и к сегодняшнему дню могут напоминать компактные карликовые галактики, ультракомпактные карлики или даже объекты, похожие на шаровые звездные скопления.
Один из наиболее интересных выводов заключается в том, что наблюдаемые JWST красные точки — лишь видимая вершина айсберга. Модель предсказывает гораздо более многочисленное семейство менее ярких черных дыр в той же бурной фазе роста, которые сейчас просто слишком тусклые для обнаружения. Если будущие, более чувствительные наблюдения подтвердят эти прогнозы, маленькие красные точки окончательно перестанут быть астрономической загадкой и станут проводником в ранние этапы формирования сверхмассивных черных дыр и галактик.
Ранее астрономы «взвесили» спящую черную дыру.
Источник: hi-tech.mail.ru