Серед багатьох сюрпризів, виявлених космічним телескопом Джеймса Вебба, одним із найдивніших є наявність великої кількості маленьких яскраво-червоних об’єктів, відомих як маленькі червоні точки. Їх справжні особи досі залишаються невідомими. Тепер нове моделювання, виконане на японському суперкомп’ютері ATERUI III, припускає, що ці об’єкти можуть бути швидко зростаючими чорними дірами, використовуючи переваги умов у ранньому Всесвіті, яких більше не існує.

Для цього відкриття не потрібні надзвичайні фізики чи вкрай малоймовірні події. Натомість моделювання показує, що крихітні червоні крапки могли виникати природним шляхом із середовища молодого Всесвіту, де чорні діри могли рости з надзвичайною швидкістю.

Симуляція раннього Всесвіту

Дослідження очолив Сунмьон Чон з Інституту астрофізики Макса Планка. Дослідницька група використовувала суперкомп’ютер ATERUI III Національної астрономічної обсерваторії Японії для виконання найдетальнішого на сьогодні космологічного моделювання раннього Всесвіту.

Моделювання почалося в масштабі молодих галактик і зосередилося на дедалі менших регіонах, зрештою досягаючи окремих газових хмар. Цей вимогливий підхід вимагав обчислювальної потужності високої роздільної здатності ATERUI III.

Результати показують, що сильне дальнє ультрафіолетове (FUV) випромінювання від сусідніх галактик може перешкодити звичайним зіркам утворюватися в деяких газових хмарах. Замість того, щоб розпадатися на безліч менших зірок, газ може колапсувати в одну надмасивну зірку.

Ця масивна зірка може зруйнуватися і породити насіння чорної діри.

Чорна діра росте шаленою швидкістю

Моделювання показує, що як тільки ці насіння чорних дір утворюються, вони можуть бути оточені товстим диском щільного газу. Ці багаті газом середовища вловлюють радіацію, дозволяючи чорній дірі споживати матерію набагато ефективніше, ніж чорні діри в сучасному Всесвіті.

За таких умов чорні діри могли б рости в десятки разів швидше, ніж це можливо сьогодні.

Властивості цих імітованих чорних дір дуже схожі на маленькі червоні точки (LRD), які спостерігав космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST). Ця схожість свідчить про те, що таємничий червоний об’єкт може представляти ранні стадії дуже швидкого зростання чорної діри.

Багаторічна таємниця чорних дір

Астрономи роками намагалися пояснити, як на початку історії Всесвіту з’явилися надмасивні чорні діри. Деякі з цих чорних дір містять масу в мільйони або навіть мільярди Сонця, але вони вже існували менш ніж через 600 мільйонів років після Великого вибуху.

Очікувалося, що JWST допоможе розгадати цю таємницю, виявляючи галактики, які тьмяніші та віддаленіші, ніж могли спостерігати попередні телескопи.

Оскільки світло поширюється зі скінченною швидкістю, спостереження за об’єктами, які знаходяться дуже далеко, також є спостереженням за минулим. Якщо галактика знаходиться на відстані 11 мільярдів світлових років, її світлу знадобиться 11 мільярдів років, щоб досягти Землі. Таким чином, ми спостерігаємо за галактикою, яка виникла 11 мільярдів років тому. Той самий принцип застосовний до галактики, що знаходиться на відстані 12 мільярдів світлових років, вік світла якої становить 12 мільярдів років.

JWST може досягти більшої глибини часу, ніж попередні обсерваторії, надаючи астрономам безпрецедентну перспективу молодого Всесвіту.

Маленька червона точка може містити відповідь

Замість того, щоб негайно розгадати таємницю раннього зростання чорної діри, JWST виявив щось несподіване. Це велике скупчення крихітних надзвичайно червоних об’єктів, які дослідники почали називати маленькими червоними крапками (LRD).

Нове моделювання припускає, що ці об’єкти насправді можуть бути відсутньою частиною головоломки.

Згідно з цією моделлю, умови, необхідні для створення та швидкого зростання цих чорних дір, склалися природним шляхом у ранньому Всесвіті. Ніяких дивних припущень чи рідкісних збігів не було потрібно. Це також може допомогти пояснити, чому маленькі червоні крапки так часто з’являються під час спостережень JWST.

Оскільки JWST продовжує відкривати нові LRD і майбутні телескопи, які досліджують історію Всесвіту, ця модель може надати астрономам цінну основу для розуміння того, як деякі з найдавніших чорних дір у Всесвіті утворилися, виросли та допомогли сформувати еволюцію Всесвіту.