Команда астрономів під керівництвом науковця Массачусетського технологічного інституту (MIT) Рохана Найду виявила за допомогою космічного телескопа James Webb абсолютно новий тип астрофізичного об'єкта — так звану "чорну діру-зірку". Дослідження опубліковане у виданні Nature та описує об'єкт, який отримав назву MoM-BH*-1.
Об'єкт розміром із Сонячну систему, але яскравіший за будь-яку зірку в мільярди разів
MoM-BH*-1 знаходиться на червоному зміщенні 7,7569, що означає, що світло від нього долетіло до нас із часів, коли Всесвіту було лише близько 660 мільйонів років — тобто менш ніж 5% від його сучасного віку. У знімках JWST об'єкт виглядає точковим — ще однією з тих загадкових "маленьких червоних цяток", які телескоп регулярно фіксує на глибокому небі.
Проте спектральний аналіз показав, що це не звичайна галактика чи запилена зірка. За розрахунками дослідників, болометрична світність об'єкта становить близько 10⁴⁵ ерг за секунду — приблизно 260 мільярдів світностей Сонця, звідки й походить округлена оцінка "у 100 мільярдів разів яскравіше за звичайну зірку". Розмір самого об'єкта, точніше — щільної газової оболонки навколо нього, порівнюють із масштабами Сонячної системи.
Чому це не може бути звичайна зірка
Ключова проблема, з якою зіткнулися дослідники: жодна відома зірка фізично не здатна виробляти стільки енергії за рахунок ядерного синтезу — процесу, який живить усі зірки, включно із Сонцем. За словами Найду, об'єкт виглядає "трохи схожим на зірку, але у 100 мільярдів разів яскравіший", а це означає, що ядерний синтез просто не може бути джерелом такої потужності.
Натомість подібні енергії характерні для активних чорних дір, що поглинають навколишню речовину. Саме тому команда почала моделювати сценарій, у якому в центрі щільного водневого "кокона" ховається чорна діра, яка активно акретує матерію.
Як влаштована "чорна діра-зірка"
Дослідники поставили собі запитання: чи можна отримати таке червоне забарвлення спектра, використовуючи лише водень, без домішок космічного пилу? Відповідь виявилася ствердною — якщо навколо джерела енергії існує надзвичайно щільний шар водню, настільки щільний, що він поводиться радше як поверхня величезної зірки, аніж як розріджена міжзоряна туманність.
У спектрі об'єкта астрономи зафіксували характерний "бальмерівський стрибок" — різке падіння яскравості світла нижче певної довжини хвилі, типове для щільних зоряних атмосфер. Разом з тим у спектрі виявили практично виключно водень і гелій — жодних слідів важчих елементів чи пилу. Коли дослідники додали до моделі активну чорну діру, що акретує речовину, і порівняли отриману яскравість із реальними спостереженнями JWST, збіг виявився найточнішим серед усіх перевірених сценаріїв.
Що це означає для розуміння ранньої Всесвіту
"Маленькі червоні цятки" — надзвичайно поширене явище на знімках JWST: у середньому одна така цятка трапляється практично в кожному глибокому знімку телескопа. Досі природа цих об'єктів залишалася загадкою — їх приймали то за далекі галактики, то за зорі, приховані пилом.
Виявлення MoM-BH*-1 дає astronomам нове пояснення: якщо подібні об'єкти справді є чорними дірами, захованими у щільних водневих коконах, це може пояснити природу значної частини "червоних цяток" одразу. Науковці припускають, що такі "чорні діри-зірки" можуть представляти ранню стадію формування надмасивних чорних дір — тих самих, що сьогодні перебувають у центрах галактик, включно з нашою власною.
За матеріалами MIT News, EurekAlert! та журналу Nature.
