На фото телескопу Вебб зафіксовані загадкові червоні крапки

Фото: NASA/ESA/CSA/STScI/Dale Kocevski/Colby College

Джерело: CNN

Космічні аномалії, які нагадають невеликі яскраві червоні крапки, з’являються майже на кожному знімку телескопа Джеймса Вебба.

Астрономи називають їх маленькими червоними крапками або LRD, але досі немає єдиної думки щодо того, що вони собою представляють.

Відколи чотири роки тому космічний телескоп Джеймса Вебба почав заглядати у Всесвіт, на його знімках з’явилися сотні загадкових об’єктів. Їхнє невідоме походження фактично започаткувало наукову загадку, яку намагалися розгадати сотні дослідників.

“Це перший випадок у моїй кар’єрі, коли я вивчаю об’єкт, для якого ми дійсно не розуміємо, чому він виглядає саме так. Думаю, їх справедливо назвати загадкою”, – сказала Дженні Грін, професорка астрофізичних наук у Принстонському університеті.

Одне було зрозуміло з самого початку – ці дивні об’єкти зустрічалися часто.

“Кожне глибоке наведення телескопа призводило до виявлення кількох таких об’єктів”, – додала Грін, маючи на увазі фокусування телескопа на тому самому ділянці неба протягом тривалого часу для збирання вкрай слабкого світла.

Спочатку деякі астрономи припускали, що ці крапки можуть бути масивними галактиками з раннього Всесвіту або чорними дірками, оточеними пилом. Однак ці початкові припущення згодом були спростовані подальшими спостереженнями, що відкрило шлях для кількох нових гіпотез, багато з яких, як і раніше, пов’язані з чорними дірками.

“Я, безумовно, думаю, що вони харчуються чорними дірками, що ростуть, але є й інші, більш екзотичні припущення, наприклад, загибель якоїсь дуже масивної зірки”, – сказала Грін.

Експертка з надмасивних чорних дірок та еволюції галактик, вона пояснила, що, на її думку, чорна діра як основний компонент LRD відповідає найбільшій кількості спостережень цих об’єктів на цей час.

Однак, додала вона, хтось може зробити зовсім нове спостереження, яке спростує всі припущення, що таке LRD.

Незалежно від того, чи підтвердять ці цікаві крапки в кінцевому підсумку старі теорії або вони є новим відкриттям, вчені отримають нове розуміння Всесвіту.

Назва “маленькі червоні крапки” вперше з’явилася у дослідженні 2024 року, майже через два роки після того, як вчені почали вивчати ці об’єкти. Цю назву придумав Йорріт Маттеє, керівник дослідницької групи з астрофізики галактик в Австрійському інституті науки і техніки, який вибрав її, тому що вона простіше і запам’ятовується, ніж науковіший термін: “випромінювачі H-альфа з широкою лінією”.

Причина, через яку астрономи виявили LRD тільки після введення в експлуатацію телескопа Вебб, полягала в тому, що інші телескопи, такі як Габбл, не володіли достатньою роздільною здатністю або не мали достатньої чутливості в більш довгохвильовому інфрачервоному діапазоні, за межами порога видимого світла. Але телескоп Вебб з його головним дзеркалом завширшки 6,5 метра виявив об’єкти, які раніше були приховані.

Крапки здаються червоними, тому що вони знаходяться дуже далеко, і в міру розширення Всесвіту світло від надзвичайно далеких об’єктів розтягується в інфрачервоний діапазон, перш ніж досягти Землі – явище, яке астрономи називають “червоним зміщенням”.

Але крапки за своєю природою червоні, хоча точна причина цього – одна із найскладніших частин головоломки.

“Основна інтерпретація нашого дослідження 2024 року полягала в тому, що це чорні діри, що ростуть, і що вони червоні, тому що оточені частинками пилу. Я б сказав, що це була загальноприйнятою думкою після нашої статті принаймні протягом одного-двох років, але зараз ця думка трохи змінилася. Ми, як і раніше, вважаємо, що це чорні діри, що ростуть, але тепер ми вважаємо, що вони червоні не через пил, а через водневий газ”, — сказав Маттеє.

Більшість невизначеності щодо цих об’єктів пов’язані з їхньою віддаленістю. Хоча астрономи виявили близько 1000 таких об’єктів, Маттеє зазначив, що майже всі вони знаходяться на неймовірно великій відстані.

“Далекі радіальні об’єкти широко поширені в ранньому Всесвіті – в основному протягом першого мільярда років космічного часу, нинішній вік якого становить 13,8 мільярда років, – але вони вкрай рідкісні в ближчому, або пізнішому, Всесвіті”, – пояснив він, маючи на увазі той факт, що спостереження за далеким об’єктом. Це відбувається тому, що чим далі знаходиться об’єкт, тим довше світло від нього сягає до нас.

Минулого року група дослідників вперше виявила три LRD, розташовані набагато ближче до Землі, і зараз ведуться дослідження щодо їх аналізу. Але, ґрунтуючись на цьому відкритті, сказав Маттеє, LRD можуть зустрічатися в 100 000 разів рідше, ніж ті, які були виявлені на великих відстанях у ранньому Всесвіті.

Однак, якщо буде виявлено більше локальних об’єктів LRD, вони зможуть розкрити більше своїх секретів, оскільки вивчати об’єкт, розташований ближче, простіше.

“Щодо того, як LRD можуть змінити наше розуміння чорних дірок, я думаю, вони можуть виявитися своєрідною ланкою. Ми знаємо, що в галактиках, таких як наша власна Чумацький Шлях, в центрі знаходяться надмасивні чорні діри, і хоча це дуже поширене явище, в основному залишається загадкою, як утворилися ці надмасивні чорні діри. LRD можуть бути фактично фазою народження, або “молодшою фазою” цього формування, і ми, можливо, спостерігаємо це вперше”, — сказав Маттеє.

Найбільш близька до перепису кількість маленьких червоних точок з’явилася у 2023 році, коли група дослідників на чолі з Анною де Граафф, стипендіаткою Клея в Гарвардсько-Смітсонівському центрі астрофізики, запустила програму під назвою RUBIES, або “Червоні невідомі: яскраве інфрачервоне позагалактичне дослідження”. У межах цієї програми значна частина часу роботи телескопа Вебб – 60 годин – була витрачена на аналіз тисяч червоних та яскравих об’єктів.

“Це була справді перша програма, яка систематично вивчала ці червоні джерела, спостерігаючи за всілякими дивними об’єктами – не просто маленькими червоними крапками, – але серед них також було близько 40 великих червоних джерел”, – сказала де Граафф.

Найбільшим сюрпризом, додала де Граафф, є об’єкт, який вона називає “Скеля”, особливості якого, мабуть, спростовують ранні гіпотези про те, чим можуть бути LRD.

“Це джерело справді перше, про яке ми можемо однозначно сказати: це не звичайна галактика і не чорна діра, оповита пилом – це має бути щось інше Це був своєрідний проривний момент”, – сказала де Грааф, яка під час спостережень RUBIES та аналізу та опису відкриття “Скелі” була постдокторанткою в Інституті астрономії імені Макса Планка.

“Скеля” отримала свою назву через дуже різкий перехід у його світловому спектрі – від слабкого ультрафіолету до інтенсивного червоного.

“Ця властивість може бути викликана тільки дуже щільним водневим газом, який має відносно високу температуру. Це дивно, тому що це означає, що об’єкти типу “Скеля” червоні не тому, що в них є старі зірки або пил, а тому, що світло поглинається дуже щільним газом, що оточує центральне джерело, яким, як ми вважаємо, є чорна діра. І це те, що ніколи раніше не спостерігалося”, – сказала де Граафф, наголосивши, що “Скеля” вказує на існування нового типу космічних об’єктів.

У деяких своїх роботах де Граафф називає такі об’єкти “зірками-чорними дірками”, назва, яку вона описує як злегка клікбейтна, але не зовсім невірна.

“Ми вважаємо, що там знаходиться чорна діра, яка живить цей об’єкт, і світло від цієї чорної діри висвітлює навколишній газ, що трохи схоже на те, що ми бачимо в зірках”, – сказала вона.

Самі чорні діри не випромінюють світло, але перегрітий матеріал, що падає в них, інтенсивно світиться, тому чорні діри, що ростуть, є одними з найяскравіших об’єктів у Всесвіті.

“Скеля” також має схожість з теоретичними об’єктами, які називаються квазізірками, існування яких було передбачено в 2006 році – задовго до відкриття маленьких червоних крапок – Мітчем Бегельманом, професором кафедри астрофізичних і планетарних наук Університету Колорадо в Боулдерті Марул Войтой, разом з колудотом і колудо.

Вони описали квазізірку як зірку, що живиться не ядерним синтезом, а чорною діркою, оточеною масивною хмарою газу, завдяки якій вона світиться як зірка. На відміну від чорної діри де Граафа, вільнішого терміну для зірки, що живиться чорною діркою невідомого походження, квазізірка – це певна теоретична модель, в якій чорна діра є результатом колапсу масивної протозірки.

“Я зрозумів, що ми передбачали існування чорних дірок із величезними оболонками з матерії. Я не думаю, що у нас є незаперечні докази того, що це пояснення для LRD, але поки що я не бачив жодних свідчень, які б представляли непереборну проблему для цієї картини”, — сказав Бегельман.

Дивний гібрид зірки та чорної діри був би новим типом космічного об’єкта, тому дослідники, природно, виявляють деяку обережність, оголошуючи квазізірки переможцями у суперечці про “маленькі червоні крапки”.

“Цілком можливо, що LRD – це квазізірки, але, на мій погляд, ми ще не повністю виключили інші сценарії. Мені дуже хотілося б, щоб це було правдою, оскільки це означало б, що ми виявили новий тип астрофізичних явищ, що зв’язують зірки і надмасивні чорні дірки, але, на мій погляд, поки що рано про це говорити”, – сказав Маттеє.

На думку де Граафф, головна проблема з квазізірками полягає в тому, що вони є специфічним типом об’єктів, і ми поки що просто недостатньо знаємо про галактики типу LRD.

“Дуже складно довести наявність чорної діри в галактиках типу LRD, на цей час доказів немає. Єдина причина, через яку ми думаємо, що в них є чорні дірки, – це їхня висока яскравість та велика кількість. Це наше наукове припущення, але довести це практично складно”, – сказала вона.

Важко точно визначити, на якому етапі зараз перебуває наукова спільнота у суперечці про “маленьку червону крапку”, але більшість дослідників вважають, що до розв’язання питання ще дуже далеко. Однак саме це й робить ці об’єкти такими цікавими.

“Думаю, це найбільший сюрприз від Вебб, і це саме той сюрприз, на який можна було сподіватися”, – сказала де Граафф.

“Космічна місія Вебб обійшлася в 10 мільярдів доларів, і ми сподіваємося виявити справді невідомі речі. Думаю, вона виправдала наші очікування. Вона справді подарувала нам нову загадку, щось схоже на галактику, трохи на чорну дірку і трохи на зірку – експерти з усіх цих областей тепер намагаються зробити свій внесок і висунути свої теорії чи ідеї. І я думаю, це справді унікально”, – додала вона.

Астрономи виявили планету, яка складається з розплавленої лави. Дослідники припускають, що це може бути приклад нового типу так званих “рідких планет”.