|
Загадка, связанная с ранними галактиками
|
|
|
|
Когда JWST заработал и начал наблюдения, одной из его первых задач было заглянуть в прошлое, в раннюю Вселенную. Скопление галактик - одна из четырех основных научных тем космического телескопа, и когда он наблюдал за первыми галактиками во Вселенной, ему открылась тайна. В центрах некоторых из них, по-видимому, находятся сверхмассивные черные дыры (SMBH), которые питают активные ядра галактик (AGN). Однако они не излучают рентгеновские лучи, что является одним из отличительных признаков AGN.
|
|
|
|
Галактики с маленькими красными точками (LRD) - это небольшие красные галактики, которые образовались примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва. JWST обнаружил более 300 из них, но все они остаются загадкой. Их яркость указывает на то, что они более массивные и насыщены звездами, чем должны были быть в раннем возрасте. Наши модели показывают, что у них не было достаточно времени, чтобы стать такими массивными.
|
|
|
|
Затем астрономы обнаружили сигнатуры AGN, которые могли бы объяснить избыток света. Избыточный свет LRD исходил не только от звезд, но и от AGN. Это означало бы, что LRD не обязательно должны быть настолько массивными, чтобы излучать столько света, и их размер не ставит под сомнение наши модели эволюции галактик.
|
|
|
|
|
|
|
К сожалению, этот потенциальный вывод порождает еще одну проблему. AGN излучают мощные рентгеновские лучи, поскольку вещество, вращающееся вокруг их аккреционных дисков, нагревается. Однако, согласно новым исследованиям, LRD, по-видимому, не излучают рентгеновских лучей.
|
|
|
|
Новое исследование, озаглавленное "Чандра исключает Суперэддингтоновскую аккрецию для маленьких красных точек", было опубликовано в журнале Astrophysical Journal. Авторы - Андреа Сакки и Акос Богдан, оба из Гарвардского и Смитсоновского астрофизических центров. В настоящее время статья доступна на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Ключевой особенностью LRD является их крайняя слабость к рентгеновскому излучению: анализ отдельных и группированных источников не выявил ничего или дал только предварительные, неубедительные рентгеновские сигналы, за исключением нескольких отдельных случаев", - пишут авторы.
|
|
|
|
Отсутствие рентгеновских лучей приводит к обратному результату. Если рентгеновских лучей нет, то не может быть и звездного скопления с аккреционными дисками. Если аккреционных дисков нет, то мощная яркость LRD не может исходить от SMBHS. Если оно не может исходить от малых галактик, то оно должно исходить от звезд. Тогда мы возвращаемся к началу: пытаемся объяснить, почему ранние галактики были такими массивными и изобиловали звездами.
|
|
|
|
Некоторые исследователи предложили другое решение. Они говорят, что в SMBH наблюдаются сверхэддингтоновские темпы аккреции.
|
|
|
|
Аккреция черных дыр SMBH определяется пределом Эддингтона. Предел Эддингтона - фундаментальное понятие в астрофизике, которое объясняет максимальную яркость и скорость аккреции для астрофизических объектов, подобных SMBH. Объект достигает предела Эддингтона, когда уравновешиваются две силы: внешнее излучение и внутренняя гравитация. Если одна из этих сил оказывается слишком мощной, объект либо сбрасывает свои внешние слои, либо прекращает дальнейшую аккрецию.
|
|
|
|
Астрофизики знают, что предел Эддингтона влияет на рост SMBH. Тем не менее, они предложили так называемую суперэддингтоновскую аккрецию, чтобы объяснить, как эти массивные объекты стали такими массивными так рано во Вселенной. Объекты могут на какое-то время превышать предел Эддингтона и испытывать суперэддингтоновскую аккрецию. Может ли это объяснить, почему LRD такие яркие и в то же время такие слабые в рентгеновских лучах?
|
|
|
|
Авторы отмечают, что единственным другим объяснением отсутствия рентгеновских лучей является затемнение, но это объяснение не подтвердилось.
|
|
|
|
"Поскольку спектроскопические данные JWST опровергают наиболее естественное объяснение - высокую степень затемнения, - несколько авторов предположили, что рентгеновская слабость LRDS является внутренней из-за скорости суперэддингтоновской аккреции", - пишут авторы. "В этой работе мы тестируем этот сценарий, объединяя рентгеновские данные для 55 LRDs в южном глубоком поле Чандры, что позволяет получить общее время экспозиции почти в 400 Мс".
|
|
|
|
400 мегасекунд - это суммарное время наблюдения для 55 LRD, а не общее время наблюдения с помощью телескопа. Это впечатляющая глубина наблюдения для 55 объектов. Если бы происходила суперэддингтоновская аккреция, это объяснило бы отсутствие рентгеновских лучей.
|
|
|
|
Суперэддингтоновская аккреция по-прежнему создает рентгеновское излучение. Однако эти фотоны могут попадать в аккреционный поток. Они также могут поглощаться или рассеиваться потоками и ветрами, или скрываться за толстым диском или оболочкой вокруг сверхмалой звезды. Современные модели показывают, что суперэддингтоновская аккреция все еще испускает рентгеновские лучи, но в виде мягких рентгеновских лучей с более низкой энергией. За 400 мегасекунд последовательных рентгеновских наблюдений они должны были быть обнаружены.
|
|
|
|
Однако этого не произошло.
|
|
|
|
"Несмотря на достижение беспрецедентной глубины рентгеновского излучения, наш набор данных по-прежнему не позволяет его обнаружить", - пишут авторы. "Соответствующие верхние пределы достаточно глубоки, чтобы исключить современные модели аккреции супер-Эддингтона, и совместимы только с чрезвычайно высокими уровнями затемнения".
|
|
|
|
Авторы говорят, что у нас остается только одно объяснение: "Чтобы объяснить рентгеновскую слабость LRD, мы предполагаем, что SMBH в этих системах не такие массивные и светящиеся, как считается в настоящее время. " Другие исследователи также предположили это.
|
|
|
|
Так что же происходит, если наблюдения не показывают рентгеновских лучей, и если JWST показывает, что причиной является пыльное затемнение?
|
|
|
|
"Если болометрические значения светимости завышены на порядок, то гораздо более низкие уровни затемнения могут скрыть рентгеновское излучение от аккрецирующих SMBH, не вызывая суперэддингтоновской аккреции", - заключают авторы.
|
|
|
|
JWST выполнил свое обещание, обнаружив самые ранние галактики Вселенной. Неудивительно, что результаты не соответствуют нашим моделям. Каждая новая миссия и телескоп преподносят какие-то сюрпризы, и ученые часто ожидают неожиданных результатов.
|
|
|
|
На данный момент галактики LRD остаются необъяснимыми. На самом деле, загадка стала еще более загадочной.
|
|
|
|
Источник
|
