Ученые предположили существование «черных дыр-звезд»
Астрономы из Массачусетского технологического института (MIT) и других научных учреждений обнаружили в ранней Вселенной необычный объект, который может оказаться совершенно новым типом космического источника. Загадочная красная точка выглядит как гигантская звезда размером примерно с Солнечную систему, но при этом излучает колоссальное количество энергии — примерно в 100 млрд раз больше, чем способна производить обычная звезда.
По мнению исследователей, такую яркость невозможно объяснить привычным для звезд процессом ядерного синтеза. Зато она соответствует масштабам энергии, которые могут выделяться вокруг активно растущих черных дыр. Поэтому ученые предположили, что наблюдают необычную комбинацию — черную дыру, окруженную плотной оболочкой газа, которая внешне напоминает огромную звезду. Новый тип объекта они условно назвали «черной дырой-звездой».
О находке ученые рассказали в исследовании, опубликованном в журнале Nature. Объект обнаружили с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» (JWST), который заглянул в эпоху, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
По расчетам исследователей, в центре загадочного объекта может находиться черная дыра массой примерно в 100 тыс. раз больше Солнца. Вокруг нее, предположительно, располагается огромная плотная оболочка из водорода, размеры которой сопоставимы с Солнечной системой.
«Наша картина этого объекта развивается очень быстро», — отметил ведущий автор работы Рохан Найду, исследователь MIT. По его словам, ученые предполагают наличие массивной черной дыры в центре и чрезвычайно протяженной газовой оболочки вокруг нее.
Сначала ученые искали древние галактики
Примечательно, что обнаружение «черной дыры-звезды» изначально вообще не входило в планы исследователей. Найду и его коллеги занимались поиском самых далеких и древних галактик в рамках проекта «Мираж или чудо» (Mirage or Miracle, MoM).
Исследователи изучали изображения JWST, пытаясь найти галактики, сформировавшиеся на заре существования Вселенной. Ранее астрономы уже столкнулись с неожиданной проблемой: телескоп регулярно обнаруживал очень яркие галактики в эпоху, когда, согласно прежним представлениям, столь крупные и яркие структуры еще не должны были успеть сформироваться.
Именно поэтому ученые предположили, что некоторые из таких объектов могут оказаться своеобразными «миражами» — источниками, которые только выглядят как яркие древние галактики.
В процессе поиска исследователи заметили особенно необычный объект — очень яркую красную точку. Сначала ученые предположили, что ее необычный цвет может быть связан с пылью, окружающей источник излучения. Однако дальнейший анализ показал, что объяснение не так просто.
Загадочный «балмеровский скачок»
Свет объекта оказался необычным не только по цвету. На некоторых длинах волн его интенсивность резко падала практически до нуля. Такое явление называют балмеровским скачком — оно связано с поглощением света плотным газом.
Подобная особенность встречается в спектрах звезд и обычно указывает на наличие плотного газа в их атмосферах. Однако у обнаруженного объекта балмеровский скачок оказался настолько глубоким, что привычное объяснение с помощью обычной звезды не сработало.
«Скачок, который мы наблюдали у этого объекта, оказался самым глубоким из всех, когда-либо зафиксированных у какого-либо объекта, что исключает обычные звезды как источник», — пояснил Найду.
При этом в спектре красной точки практически отсутствовали признаки металлов и других тяжелых элементов. Фактически ученые увидели почти исключительно водород и гелий — элементы, которые преобладали во Вселенной на самых ранних этапах ее истории.
Исследователи задались вопросом, может ли настолько красный и необычный объект существовать вообще без пыли. Компьютерное моделирование показало, что это возможно, если вокруг источника находится чрезвычайно плотный слой водорода.
По словам ученых, такой газовый покров настолько плотный, что он скорее напоминает поверхность гигантской звезды, чем обычное разреженное межзвездное облако.
Почему ученые решили, что внутри может быть черная дыра
Газовая оболочка объяснила сразу несколько особенностей объекта — его красный цвет, необычный спектр и глубокий балмеровский скачок. Однако оставалась главная загадка: откуда берется невероятная яркость.
Обычная звезда не смогла бы вырабатывать столько энергии. Даже самые массивные звезды имеют физический предел мощности, тогда как обнаруженный источник примерно в 100 млрд раз ярче известной звезды.
Тогда ученые добавили в компьютерную модель активную черную дыру, которая поглощает окружающее вещество. В таких условиях материя, падающая на черную дыру, может выделять огромное количество энергии.
Исследователи меняли массу предполагаемой черной дыры и характеристики окружающей ее газовой оболочки, после чего сравнивали результаты моделирования с данными, полученными «Джеймсом Уэббом».
Наиболее близкое соответствие наблюдениям дала модель, в которой в центре объекта находится сверхмассивная черная дыра, окруженная плотным водородным «коконом».
Так появилась гипотеза о «черной дыре-звезде» — объекте, который сочетает свойства звезды и активной черной дыры, но при этом не является обычной звездой.
Исследователи обозначили находку как MoM-BH-1*. Название связано с проектом Mirage or Miracle и одновременно указывает на то, что это может быть первым представителем целого класса подобных объектов.
Разгадка «маленьких красных точек»
Особенно интересным открытие может оказаться потому, что оно потенциально объясняет другую загадку JWST. Практически на всех глубоких снимках ранней Вселенной телескоп обнаруживает множество небольших красных объектов.
Их называют «маленькими красными точками» (little red dots). Они встречаются повсюду в ранней Вселенной, но практически исчезают в современной Вселенной. Их природа остается одной из главных нерешенных загадок, возникших после начала работы «Джеймса Уэбба».
По мнению Найду, многие из этих объектов также могут представлять собой «черные дыры-звезды», расположенные внутри молодых галактик.
Однако MoM-BH*-1 отличается от них экстремальной яркостью. Предполагаемая «черная дыра-звезда» настолько мощно излучает, что практически полностью затмевает окружающую ее галактику.
«Каждая маленькая красная точка соответствует представлению о черной дыре-звезде, встроенной в обычную раннюю галактику. Но особенность MoM-BH*-1 в том, что черная дыра-звезда практически полностью затмевает окружающую ее галактику-хозяина. Поэтому мы видим практически чистый свет черной дыры-звезды», — заключил ученый.
Ранее мы рассказывали о том, что астрофизики получили самое детальное изображение поверхности Солнца в истории.
Об авторе
