Красные точки ранней Вселенной

Астрономы, возможно, нашли разгадку одного из самых интригующих открытий телескопа «Джеймс Уэбб» — загадочных «маленьких красных точек» (Little Red Dots, LRD). Новые симуляции показывают, что эти компактные объекты могут быть результатом частых столкновений звезд в сверхплотных кластерах ранней Вселенной. Повторяющиеся слияния приводят к рождению гигантских звезд, которые, исчерпав топливо, коллапсируют в массивные черные дыры — потенциальные семена сверхмассивных гигантов, наблюдаемых сегодня.


С тех пор как космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) заглянул в глубины ранней Вселенной, астрономы столкнулись с загадкой. Среди тысяч далеких галактик были обнаружены сотни компактных, ярко-красных объектов, получивших название «маленькие красные точки». Эти объекты существовали в первый миллиард лет после Большого взрыва, но их природа остается предметом ожесточенных споров. Одни исследователи предполагали, что это «звезды с черной дырой» — гибридные объекты, где черная дыра окутана плотной газовой оболочкой, имитирующей звездную поверхность. Другие считали их невероятно массивными звездами, но объяснить, как звезды могли достичь таких размеров, было сложно.

Теперь команда астрофизиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) под руководством Клэр Уильямс и Смадар Наоз предложила элегантное решение, объединяющее эти перспективы. Их работа, опубликованная в The Astrophysical Journal, основана на компьютерных симуляциях, которые моделируют условия в ранней Вселенной. Результаты показывают: в ту эпоху материя была сжата в чрезвычайно плотные кластеры, где звезды сталкивались друг с другом гораздо чаще, чем сегодня.

Ключевое отличие от привычных представлений заключается в характере этих столкновений. В то время как в современной Вселенной столкновения звезд на высоких скоростях обычно приводят к катастрофическому разрушению, в плотных кластерах ранней Вселенной многие столкновения происходили на относительно низких скоростях. Вместо того чтобы взорваться, звезды мягко сливались, образуя все более массивные объекты. Симуляции показали, что этот процесс может повторяться многократно, пока не сформируется одна гигантская звезда, масса которой сравнима с массой всего звездного кластера — в десятки тысяч раз больше массы Солнца.


«Пожалуй, самый странный результат наших симуляций заключается в том, что звезды могут многократно сливаться внутри кластера, пока не образуют одну гигантскую звезду с массой, равной массе целого кластера, — объясняет Клэр Уильямс. — Когда такая огромная звезда достигает конца своей жизни, модели предполагают, что у нее не остается иного выбора, кроме как коллапсировать в массивную черную дыру». Именно этот коллапс, по мнению исследователей, и создает объекты, которые мы наблюдаем как «маленькие красные точки».

Более того, модель описывает два возможных сценария развития событий. В кластере без изначальной черной дыры столкновения носят «конструктивный» характер, последовательно наращивая массу звезды. Однако как только массивная черная дыра сформировалась, ее гравитация разгоняет nearby stars до высоких скоростей. Теперь столкновения становятся «деструктивными»: звезды разрушаются, превращаясь в газ. Этот газ образует плотную оболочку вокруг черной дыры, которая активно поглощает вещество. Именно такая конфигурация — черная дыра, окутанная плотным газом, — и может объяснять наблюдаемые спектральные особенности LRD.


Эта идея перекликается с объектами, которые мы можем наблюдать гораздо ближе к дому. «Одно из мест в близлежащей Вселенной, где столкновения между звездами обычны, — это галактический центр, — отмечает Уильямс. — В нашей модели, как только эти очень массивные звезды превращаются в черные дыры промежуточной массы, система напоминает наш собственный галактический центр, который представляет собой черную дыру в окружении плотного звездного кластера». Действительно, в центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра Стрелец A*, окруженная плотным ядерным звездным кластером, где условия благоприятствуют столкновениям.

Смадар Наоз, соавтор исследования, сравнивает текущее состояние науки о LRD с притчей о слепых и слоне: «Вы можете сравнить исследования людей, пытающихся понять LRD, с историей о слепых, которые пытаются описать слона на ощупь, и каждый описывает его по-разному, в зависимости от того, какой части он касается. Наше исследование связывает несколько этих точек зрения вместе и может помочь нам увидеть больше от слона».

Безусловно, авторы признают, что их симуляции имеют ограничения, связанные с моделированием звезд, столкновений и роли газа. Однако эта работа предлагает убедительный механизм, который не только объясняет природу «маленьких красных точек», но и проливает свет на одну из главных проблем современной космологии: как сверхмассивные черные дыры могли сформироваться так рано. Плотные звездные кластеры, согласно модели, являются естественными «яслями» для тяжелых семян черных дыр. Возможно, разгадка «красных точек» — это ключ к пониманию того, как хаос и столкновения в молодой Вселенной заложили фундамент для гигантских черных дыр, которые мы наблюдаем сегодня.