Вселенная на грани переосмысления: эти объекты могут перечеркнуть всё, что мы знали о черных дырах

Крошечные красные точки, зафиксированные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), открывают перед учёными новые горизонты в понимании ранней Вселенной. Эти загадочные объекты могут оказаться не просто далёкими галактиками, а совершенно новым классом небесных тел — черными дырами-звёздами, способными излучать свет, несмотря на свою природу.

Загадочные красные точки: что это?

Впервые обнаруженные в данных JWST, опубликованных в 2022 году, эти маленькие красные пятна привлекли внимание международной группы исследователей, в том числе учёных из Университета штата Пенсильвания. Первоначально предполагалось, что перед ними — зрелые галактики, возраст которых составляет около 13,6 миллиарда лет, то есть они сформировались всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Однако дальнейший анализ поставил под сомнение эту версию. Учёные заметили, что эти объекты обладают необычайно высокой плотностью и яркостью, что не укладывается в привычные модели формирования галактик в ранней Вселенной. Эти крошечные красные точки получили неофициальное прозвище "разрушители вселенной" из-за того, что их существование бросает вызов устоявшимся представлениям о космосе.

Новая гипотеза: черные дыры-звёзды

В статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, группа астрономов выдвинула смелую гипотезу: эти объекты — не галактики, а гигантские сферы горячего газа, питаемые сверхмассивными черными дырами в своих центрах. В отличие от обычных звезд, которые светятся благодаря термоядерному синтезу, эти "черные дыры-звёзды" излучают свет за счёт поглощения материи черной дырой и преобразования её энергии.

"По сути, мы рассмотрели достаточное количество красных точек, пока не нашли одну с такой мощной атмосферой, что её нельзя было отнести к типичным звёздам, которые мы ожидаем от галактики", — сказал соавтор исследования Джоэл Леха из Университета штата Пенсильвания.

Это открытие стало настоящим прорывом, поскольку оно предлагает совершенно новый взгляд на формирование и эволюцию объектов в ранней Вселенной.

Холодные звёзды и горячие черные дыры

Холодные звёзды, как объяснил Леха, излучают сравнительно мало света из-за низких температур. Большинство звёзд во Вселенной именно такие — маломассивные и слабо светящиеся. Однако "маленькие красные точки" отличаются тем, что их свет в основном приходится на красный и ближний инфракрасный спектр, что характерно для холодных звёзд.

Интересно, что газ вокруг сверхмассивных черных дыр обычно очень горячий — миллионы градусов по Цельсию. Но в случае этих объектов преобладает холодный газ, подобный атмосферам маломассивных звёзд. Это необычное сочетание и дало повод предположить существование нового типа объектов.

Роль JWST в изучении ранней Вселенной

JWST — самый мощный инфракрасный телескоп, созданный для изучения самых древних светил и галактик. Он способен заглянуть примерно на 13,5 миллиарда лет назад, к моменту, когда Вселенная только начинала формироваться в своём нынешнем виде.

С момента запуска телескопа учёные по всему миру начали замечать множество таких "маленьких красных точек". Их масса и яркость оказались намного выше, чем ожидалось по существующим моделям. Это заставило исследователей искать новые объяснения их природы.

"Ночное небо такой галактики было бы ослепительно ярким", — отметил соавтор исследования Бинцзе Ван.

Если эта интерпретация верна, это означает, что звёзды образовались в результате необычных процессов, которые никогда ранее не наблюдались.

Спектроскопия и открытие "Скалы"

Для более глубокого понимания природы этих объектов учёные провели обширные спектроскопические наблюдения с января по декабрь 2024 года. За это время JWST затратив почти 60 часов, получил спектры около 4500 далеких галактик — один из самых масштабных наборов данных такого рода.

В июле 2024 года учёные выделили объект с экстремальными характеристиками, который получил прозвище "Скала". Его свет шел к нам почти 12 миллиардов лет, а спектр указывал на наличие сверхмассивной черной дыры, окружённой огненным шаром из водорода.

"Экстремальные свойства Скалы заставили нас вернуться к чертежной доске и разработать совершенно новые модели", — заявила соавтор исследования Анна де Граафф из Института астрономии Общества Макса Планка.

Это открытие стало ключевым звеном в понимании природы загадочных красных точек.

Почему это важно?

Сверхмассивные чёрные дыры находятся в центрах большинства галактик, включая наш Млечный Путь. Однако учёные до сих пор не знают, как именно они образуются и растут. Эти новые объекты — "черные дыры-звёзды" — могут представлять собой раннюю стадию формирования таких гигантов.

"Никто никогда толком не знал, почему и откуда берутся эти гигантские чёрные дыры в центрах галактик", — пояснил Джоэл Леха.

Эти звёзды, похожие на чёрные дыры, могут быть первой стадией формирования чёрных дыр, которые мы наблюдаем в галактиках сегодня. JWST уже зафиксировал признаки существования массивных чёрных дыр в далёкой Вселенной, а новые данные помогут уточнить их роль в космической эволюции.

Как исследовать далекие объекты: пошаговое руководство

1. Используйте инфракрасные телескопы, такие как JWST, для сбора данных о древних объектах.
2. Соберите спектроскопические данные для анализа светового излучения на разных длинах волн.
3. Применяйте компьютерное моделирование для интерпретации физических свойств объектов.
4. Сравнивайте данные с существующими теориями о формировании галактик и чёрных дыр.
5. Проводите повторные наблюдения для уточнения и проверки гипотез.

Часто задаваемые вопросы

Как выбрать телескоп для изучения далёких космических объектов?

Лучше всего подходят инфракрасные телескопы, такие как JWST, благодаря их способности видеть свет, излучаемый древними звёздами и галактиками.

Сколько стоит запуск и эксплуатация космического телескопа JWST?

Общая стоимость проекта оценивается в около 10 миллиардов долларов, включая разработку, запуск и эксплуатацию.

Что лучше для изучения чёрных дыр — наземные или космические телескопы?

Космические телескопы, такие как JWST, превосходят наземные в чувствительности и диапазоне наблюдений, особенно в инфракрасном спектре.

Исторический контекст открытия

Изучение чёрных дыр и галактик началось в XX веке с открытием рентгеновских источников и развитием теории относительности. С запуском телескопов, таких как Хаббл, астрономы получили первые детальные изображения удалённых объектов. JWST продолжает эту традицию, позволяя заглянуть ещё дальше в прошлое Вселенной, открывая новые загадки и возможности для науки.

Три интересных факта

• JWST способен заглянуть в эпоху, когда Вселенной было всего около 500 миллионов лет.
• "Маленькие красные точки" могут быть первым подтверждением существования черных дыр-звёзд — уникальных объектов, сочетающих свойства звёзд и чёрных дыр.
• Спектроскопические данные JWST — одни из самых обширных и точных, когда-либо собранных для далёких галактик, открывающие новые горизонты в астрофизике.