|
Доказательства существования звезд-черных дыр
|
|
|
|
Сложная загадка, известная как «маленькие красные точки», стала более полной с момента их первоначального обнаружения космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА в 2022 году. Теперь спектр одной конкретной «маленькой красной точки» помогает связать воедино многие фрагменты.
|
|
|
|
Группа астрономов во главе с Василием Кокоревым из Техасского университета в Остине идентифицировала эту счастливую точку: GLIMPSE-17775. Тщательно проанализировав спектр точки, полученный телескопом Уэбба — самый глубокий на сегодняшний день спектр «маленькой красной точки» — исследовательская группа выявила множество доказательств, все из которых подтверждают интерпретацию того, что GLIMPSE-17775 — это сверхмассивная черная дыра, заключенная в плотный кокон частично ионизированного газа, модель, называемая сценарием BH* (звезда-черная дыра). Статья с описанием результатов была опубликована сегодня в журнале The Astrophysical Journal.
|
|
|
|
«Я думаю, что часть научного сообщества сходится к единой картине — что маленькие красные точки можно объяснить моделями черных дыр и звезд. Но ни одна из предыдущих моделей маленьких красных точек не имеет всех доказательств в одном месте», — сказал Кокорев, ведущий автор исследования. «С помощью GLIMPSE-17775 мы можем проверить эти модели, потому что спектр этого источника настолько глубокий и удивительный».
|
|
|
|
|
|
|
Соединение кусочков головоломки
|
|
|
|
Вскоре после начала научных исследований телескоп Webb обнаружил новый, загадочный тип объектов в самой ранней Вселенной — многочисленные красные объекты, появившиеся примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Ученые исследовали множество объяснений этих маленьких красных точек, включая сценарий черной дыры и звезды.
|
|
|
|
Результаты стечения обстоятельств привели к появлению этого нового, сложного спектра маленькой красной точки. Маленькая красная точка, которая впоследствии стала известна как GLIMPSE-17775, к счастью, попала в поле зрения телескопа Webb в рамках проекта по поиску звёзд третьего поколения и слабых галактик в скоплении галактик Abell S1063. Эта маленькая красная точка находится дальше, чем скопление галактик, и её изображение увеличивается за счёт гравитационного линзирования. (GLIMPSE-17775 имеет космологическое красное смещение 3,5, что означает, что она существовала примерно через 1,8 миллиарда лет после Большого взрыва.)
|
|
|
|
Хотя телескоп Webb предоставил 30-часовой спектр маленькой красной точки, эффект гравитационного линзирования сделал его эквивалентным 80 часам работы телескопа. Это сочетание инфракрасной чувствительности Webb и природного «увеличительного стекла» значительно увеличило количество деталей, которые можно было получить из GLIMPSE-17775. В результате было получено более 40 спектральных линий от этого небольшого красного источника, что является самым подробным спектром маленькой красной точки на сегодняшний день.
|
|
|
|
«Когда мы впервые увидели спектр, это было похоже на то, как будто все кусочки пазла разбросаны по полу», — сказал Кокорев.
|
|
|
|
«Мы подобрали каждый кусочек пазла, измерили линии и начали соединять разные части в мозаику. Возможно, некоторые кусочки сначала выглядели как ничто, но затем пара из них соединилась, и мы поняли, что там что-то есть».
|
|
|
|
Спектроскопические данные, собранные телескопом Webb, содержат множество доказательств, подтверждающих интерпретацию того, что маленькая красная точка GLIMPSE-17775 — это звезда-черная дыра: быстро аккрецирующая, или растущая, черная дыра, окруженная плотным газовым коконом, которая перерабатывает свет, излучаемый вблизи черной дыры, и создает особенности, наблюдаемые в спектре.
|
|
|
|
Среди более чем 40 линий, обнаруженных командой в спектре GLIMPSE-17775, были различные независимые индикаторы, которые все соответствуют сценарию BH*. Например, команда обнаружила, что многие спектральные линии, такие как водород, кислород и гелий, не соответствуют простой модели вращающегося газового облака. Вместо этого, наилучшая модель включает эффект расширения, известный как рассеяние электронов, — характерный признак того, что этот источник окружен плотным слоистым газовым коконом.
|
|
|
|
Интенсивность и соотношение определенных линий друг к другу, особенно 16 линий железа, которые составляют то, что команда назвала «железным лесом», и некоторые линии кислорода, требуют наличия высокоэнергетического источника для их образования, такого как быстро аккрецирующая черная дыра. Кроме того, астрономы отметили флуоресценцию и поглощение гелия в спектре, которые по отдельности указывают на наличие плотной среды, окружающей мощный источник.
|
|
|
|
Сценарий BH* соответствует не только GLIMPSE-17775; Это также объясняет, почему большинство маленьких красных точек тускло светятся в рентгеновском диапазоне, поскольку любое подобное излучение, вероятно, поглощается плотным газовым коконом.
|
|
|
|
Одним из недостающих элементов головоломки GLIMPSE-17775 является часть спектра, которая позволила бы выявить так называемый бальмеровский излом, или сильный провал в излучаемом свете, являющийся характерной чертой маленьких красных точек. Для более полного понимания этой маленькой красной точки команда использовала дополнительные данные из двух программ наблюдений с помощью космического телескопа Хаббл НАСА: программы Frontier Fields и BUFFALO (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations).
|
|
|
|
Данные телескопов Webb и Hubble в совокупности помогают объяснить, почему бальмеровский излом слабее, чем обычно наблюдается в других «маленьких красных точках»: GLIMPSE-17775 окружает гигантская галактика-хозяин. Хотя галактика-хозяин «маленькой красной точки» обычно не наблюдалась в таком масштабе, это не противоречит модели плотного газового кокона. Модель «черной дыры-звезды» для «маленьких красных точек» объясняет избыток синего света звездами в галактике-хозяине.
|
|
|
|
Когда телескоп Webb впервые обнаружил «маленькие красные точки», некоторые исследователи считали, что эти объекты имеют «нарушенную космологию», не понимая, как галактики могли так быстро вырасти до таких размеров в ранней Вселенной, чтобы объяснить весь этот свет, исходящий от их звезд. Однако команда считает, что фрагмент головоломки GLIMPSE-17775 хорошо вписывается в существующую структуру эволюционной истории Вселенной, поскольку массы черных дыр не обязательно должны быть такими высокими, чтобы объяснить широкие эмиссионные линии.
|
|
|
|
«Всё сходится, ничего не сломано, и я думаю, это делает головоломку нашей Вселенной ещё интереснее», — сказал Кокорев.
|
|
|
|
«В перспективе я с нетерпением жду возможности углубиться в изучение того, что питает центральные двигатели этих маленьких красных точек. Хотя мы считаем, что это чёрная дыра, предлагаются и другие интересные теории, что очень захватывает. Возможно, через год-два мы получим окончательный ответ на вопрос о том, что питает эти источники».
|
|
|
|
Источник
|
