Телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл сильнейшие доказательства существования «звёзд-чёрных дыр»

С момента открытия загадочных «маленьких красных точек» телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году головоломка обрела новые детали. Теперь спектр одной из таких точек помог соединить многие фрагменты.

Команда астрономов под руководством Василия Кокорева из Техасского университета в Остине идентифицировала перспективный объект под названием GLIMPSE-17775. Анализируя его спектр, полученный «Уэббом» — самый глубокий на сегодняшний день для «маленькой красной точки» — исследователи нашли несколько независимых свидетельств в пользу того, что GLIMPSE-17775 представляет собой сверхмассивную чёрную дыру, окружённую плотным коконом частично ионизованного газа. Эта модель получила название BH* (чёрная дыра-звезда).

«Я думаю, часть научного сообщества сходится к единой картине: „маленькие красные точки“ можно объяснить моделями чёрных дыр-звёзд, — комментирует Кокорев. — Но ни одна из предыдущих точек не обладала всеми доказательствами в одном месте. GLIMPSE-17775 позволяет проверить эти модели благодаря невероятно глубокому и детальному спектру».

Спектр был получен благодаря счастливому стечению обстоятельств. Объект попал в поле зрения «Уэбба» во время наблюдений за скоплением галактик Abell S1063, где учёные искали звёзды населения III и очень тусклые галактики. GLIMPSE-17775 оказался гораздо дальше самого скопления, а эффект гравитационного линзирования усилил его сигнал. Хотя телескоп затратил 30 часов на запись спектра, линзирование сделало его эквивалентным 80 часам обычного времени.

В результате астрономы получили более 40 спектральных линий от этого маленького красного источника — самый детальный спектр подобного рода на сегодня. Среди них были водородные, кислородные и гелиевые линии, которые не вписывались в простую модель вращающегося газового облака. Лучшее соответствие дала модель с эффектом рассеяния электронов — явным признаком того, что источник окружён плотным слоистым газовым коконом.

Особенно впечатляет так называемый «железный лес» — 16 линий железа, а также определённые кислородные линии. Их интенсивность и соотношение друг с другом требуют наличия высокоэнергетического источника, например быстро аккрецирующей чёрной дыры. Кроме того, в спектре заметны флуоресценция и поглощение гелия, что тоже указывает на плотную среду вокруг мощного центрального объекта.

Модель BH* не только объясняет свойства GLIMPSE-17775, но и отвечает на вопрос, почему большинство «маленьких красных точек» слабо светят в рентгеновском диапазоне: любое такое излучение попросту поглощается газовым коконом. Однако у этой точки оказался слабее обычного балмеровский скачок — характерный провал в спектре, типичный для таких объектов. Данные телескопа «Хаббл» (программы Frontier Fields и BUFFALO) показали, что GLIMPSE-17775 окружена гигантской родительской галактикой, которая и ослабляет этот сигнал.

«Всё совпадает, ничего не сломано, и это делает нашу Вселенную ещё более прекрасной, — заключает Кокорев. — В будущем я хочу глубже понять, что именно питает центральные двигатели „маленьких красных точек“. Возможно, через год-два у нас будет окончательный ответ». Работа опубликована в The Astrophysical Journal. Телескоп «Джеймс Уэбб» — международный проект NASA, ESA и CSA.