Використовуючи потужний телескоп Джеймса Вебба (JWST), астрономи виявили дивовижну надмасивну чорну діру з періоду раннього Всесвіту, відомого як «космічний полудень», приблизно через 4 мільярди років після Великого вибуху. Це відкриття проливає нове світло на те, як ці гіганти, маса яких у мільйони або навіть мільярди разів перевищує масу нашого Сонця, виростають до таких величезних розмірів.
Таємниця «маленьких червоних крапок»
JWST відкриває новий клас інтригуючих об’єктів у ранньому Всесвіті під назвою «маленькі червоні точки». Це невеликі яскраві точки світла, які лише нещодавно стали помітні завдяки розширеним інфрачервоним можливостям JWST. Хоча їхня назва свідчить про невеликі розміри, одна з останніх знахідок на прізвисько «BIRD» (Big Red Dot) зовсім не мала — її маса еквівалентна 100 мільйонам сонць.
Як сяють чорні діри
Самі чорні діри не випромінюють світла; їх інтенсивна гравітація затримує все, що потрапляє всередину. Однак коли вони оточені великою кількістю матерії та активно її поглинають, вони створюють неймовірно яскраві об’єкти, які називаються квазарами. Світло від цих квазарів може подолати величезні відстані, і світлу BIRD знадобилося більше 10 мільярдів років, щоб досягти Землі.
Виявлення ПТАХІВ
BIRD було виявлено в тому ж регіоні неба, що й раніше відомий квазар, J1030+0524 (J1030), надмасивна чорна діра, яка вже поглинає речовину, розташована на відстані приблизно 12,5 мільярдів світлових років. Дослідницька група з Національного інституту астрофізики (INAF) спочатку проаналізувала зображення та спектри з камери ближнього інфрачервоного діапазону JWST (NIRCam), виявивши незвичайну точку інфрачервоного світла, яка не була виявлена в попередніх рентгенівських і радіоспостереженнях.
«Починаючи з відкаліброваних зображень, було розроблено каталог джерел, присутніх у цій галузі», — пояснила Федеріка Лояконо, керівник групи та дослідник INAF. «Там ми помітили BIRD: яскравий точковий об’єкт, який, однак, не був зіркою і не був присутній в існуючих рентгенівських і радіокаталогах».
Аналіз спектру: розкриття таємниць
Аналіз спектру BIRD, детальна розбивка довжин хвиль світла, надав важливу інформацію. Різні елементи поглинають і випромінюють світло на певних частотах, залишаючи унікальні «відбитки» в спектрі. Це дозволило дослідникам виявити присутність водню та гелію в середовищі BIRD.
«Ми виявили чіткі сигнали водню — зокрема, лінію під назвою Paschen gamma, яскравий підпис, який вказує на присутність іонізованого водню — і гелію, також видно в поглинанні», — сказав Лояконо. Цей спектральний аналіз також дав оцінку відстані та маси BIRD.
Що робить BIRD унікальним?
Маленькі червоні точки взагалі залишаються загадкою для космосу. Існує багато теорій, у тому числі ймовірність того, що вони являють собою новий тип небесних об’єктів під назвою «чорні зірки». Однак відсутність сильного рентгенівського випромінювання від цих об’єктів є загадкою, оскільки ненасичені чорні діри мають виробляти інтенсивне рентгенівське випромінювання. Можливе пояснення полягає в тому, що ці об’єкти все ще оточені товстими оболонками газу та пилу, які поглинають рентгенівські промені, пропускаючи інфрачервоне світло.
BIRD особливо примітний, оскільки його властивості дуже точно відповідають лише двом іншим відомим малим червоним точкам із подібними спектральними характеристиками. Це говорить про те, що вони належать до одного сімейства об’єктів.
Перегляд еволюції чорних дір
Відкриття BIRD та його сімейства може вимагати переоцінки того, як надмасивні чорні діри ростуть і еволюціонують. Попередні розрахунки припускали, що ці об’єкти мали стати менш поширеними через 11 мільярдів років. Однак, згідно з підрахунками команди, під час «космічного полудня» спостерігається дивовижна велика кількість маленьких червоних точок, що спростовує це припущення.
«Завдання зараз полягає в тому, щоб розширити дослідження на більшу кількість найближчих JPL, які ми можемо вивчити більш детально, ніж віддалені, щоб отримати більш повну картину», — підсумував Лояконо. «JWST відкрив новий рубіж у позагалактичній астрофізиці, відкриваючи об’єкти, про існування яких ми навіть не підозрювали, і ми лише на початку цієї пригоди».
Відкриття BIRD підкреслює потужність телескопа Джеймса Вебба у розкритті раніше невідомих деталей про ранній Всесвіт та його мешканців, спонукаючи до глибшого розуміння формування та еволюції масивних чорних дір.
