Група американських астрономів під керівництвом Василя Кокорєва з Техаського університету отримала нові дані, що підтверджують одну з провідних гіпотез про природу так званих «маленьких червоних крапок» (Little Red Dots), виявлених космічним телескопом «Джеймс Вебб» у 2022 році. Спектральний аналіз показав, що ці об'єкти, ймовірно, є надмасивними чорними дірками, оточені щільною оболонкою частково іонізованого газу. Дослідження опубліковано у журналі The Astrophysical Journal.
Спочатку вчені вивчали скупчення галактик Abell S1063 у пошуках зірок населення III – перших зірок, що сформувалися у Всесвіті. Однак під час спостережень у поле зору телескопа випадково потрапила маленька червона точка GLIMPSE-17775, розташована далеко за цим скупченням.
Вдалому спостереженню GLIMPSE-17775 сприяв так званий ефект гравітаційного лінзування – явище, при якому траєкторія світла, що виходить від далекого джерела, деформується під впливом гравітації розташованого ближче масивного об'єкта. Так, скупчення Abell S1063 посилило світло віддаленої червоної точки, розташованої за ним. Саме завдяки цьому астрономи змогли детально вивчити GLIMPSE-17775: гравітаційне лінзування фактично перетворило 30 годин спостережень на 80 годин за рахунок викривлення тканини простору-часу.
Телескоп «Джеймс Вебб» зафіксував понад 40 спектральних ліній, що походять від об'єкта. Вчені спостерігали GLIMPSE-17775 таким, яким він був приблизно через 1,8 млрд. років після Великого вибуху. Поєднання високої інфрачервоної чутливості телескопа та природного космічного «збільшувального скла» дозволило отримати найдокладніший спектр «маленької червоної точки» за всю історію вивчення подібних об'єктів.
«Коли ми вперше побачили цей спектр, то це було схоже на головоломку, деталі якої розкидані по підлозі. Ми почали піднімати кожен фрагмент, вимірювати спектральні лінії та складати їх у єдину мозаїку. Спочатку деякі елементи здавалися безглуздими, але потім кілька частин з'єдналися, і ми зрозуміли, що перед нами справді щось важливе», – розповів Кокорєв у коментарі Національному управлінню з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA).
Аналіз даних показав, що GLIMPSE-17775, ймовірно, є швидкозростаючою надмасивною чорною діркою, прихованою всередині щільного газового кокона. Це кокон поглинає значну частину випромінювання, що виходить з околиць чорної дірки, формуючи характерні особливості спектра, що спостерігається.
Однією з ключових ознак на користь цієї моделі стало те, що спектральні лінії водню, кисню і гелію не відповідають простій картині газової хмари, що обертається. Натомість вони добре узгоджуються з моделлю, що враховує ефект електронного розсіювання — розширення спектральних ліній через взаємодію світла з електронами. Подібний ефект вважається характерною властивістю щільної багатошарової газової оболонки, яка оточує надзвичайно потужне джерело випромінювання.
Особливий інтерес дослідників викликали також 16 ліній заліза у спектрі, які вони назвали залізним лісом. Для формування такого набору ліній необхідне виключно сильне джерело високоенергетичного випромінювання, наприклад, чорна діра, що активно поглинає матерію ззовні.
Отримані результати пояснюють ще одну особливість “маленьких червоних крапок”. Відомо, що більшість цих об'єктів випромінюють слабкі рентгенівські промені. Якщо вони справді оточені щільними газовими коконами, то випромінювання просто поглинається цим газом і не сягає телескопів.
«У майбутньому мені дуже хочеться глибше розібратися в тому, що живить центральні двигуни маленьких червоних точок. Хоча зараз ми вважаємо, що це чорні дірки, є й інші цікаві гіпотези. Можливо, через рік чи два ми нарешті отримаємо остаточну відповідь на запитання, що ж насправді є джерелом енергії цих об'єктів», — сказав Кокорєв.
