Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» помог совершить очередное важное открытие, помогающее приоткрыть завесу тайны над самыми ранними этапами формирования Вселенной.
Исследуя загадочные объекты, известные как «Маленькие Красные Точки» (англ. Little Red Dots, LRDs), астрономы обнаружили вокруг них слабое протяженное свечение — верный признак существования компактных галактик.
Что такое «Маленькие Красные Точки»
LRDs ученые называют сверхмассивные черные дыры, окруженные раскаленным светящимся газом, — по своей структуре это напоминает внешнюю оболочку звезды. Свое название эти объекты получили благодаря характерному внешнему виду на инфракрасных снимках «Джеймса Уэбба»: компактные, интенсивно красные источники света.
Особую ценность этим объектам придает их возраст: они существовали уже в первый миллиард лет после Большого взрыва — то есть относятся к эпохе становления самой юной Вселенной. Изучение подобных объектов критически важно для понимания одного из фундаментальных вопросов современной космологии: как именно одновременно формировались первые звезды и первые сверхмассивные черные дыры на заре существования мироздания.
До недавнего времени ученые точно знали, что LRDs представляют собой черные дыры, однако оставался открытым принципиальный вопрос: находятся ли эти объекты внутри полноценных галактик, окруженные звездами, или существуют изолированно в межгалактическом пространстве.
Как удалось разглядеть скрытые галактики
Чтобы ответить на этот вопрос, международная команда астрономов проанализировала данные о 217 LRDs, полученные в рамках масштабного обзора неба COSMOS-Web — одной из ключевых научных программ телескопа «Джеймс Уэбб». Наблюдения проводились в четырех различных диапазонах ближнего инфракрасного излучения — телескоп смотрел на объекты через четыре фильтра, каждый из которых улавливает свет определенной длины волны.
Главная техническая сложность заключалась в том, что слабое свечение потенциальной галактики буквально тонуло в ослепительно ярком свете центрального объекта — самой черной дыры с ее раскаленным газовым коконом. Чтобы решить эту проблему, исследователи применили элегантный метод: сначала они математически «вычли» из изображений яркий центральный точечный источник, а затем объединили оставшиеся, значительно более слабые сигналы от всех 217 объектов выборки.
Подобное суммирование множества слабых сигналов позволило радикально повысить общую чувствительность наблюдений. Этот метод часто применяется в астрономии для обнаружения объектов на грани возможностей современных инструментов. Чтобы исключить ошибки и случайные артефакты, результаты дополнительно проверили с помощью компьютерного моделирования, повторного анализа независимых выборок объектов, а также сравнения с эталонными изображениями обычных звезд и уже известных компактных галактик.
Что скрывалось за яркими точками
Проведенный анализ подтвердил: вокруг LRDs действительно существует протяженное свечение, особенно отчетливо заметное в инфракрасном диапазоне с наибольшей длиной волны. Это открытие однозначно указывает на присутствие полноценных галактик, в центре которых и находятся сверхмассивные черные дыры.
Средний размер обнаруженного галактического компонента составил около 200 парсеков — это примерно 650 световых лет. Довольно скромная величина по галактическим меркам. При этом звездная масса таких галактик оценивается примерно в миллиард масс Солнца.
Любопытная деталь: обнаруженные галактики оказались приблизительно в 2,5 раза компактнее по размеру, чем типичные галактики со сравнимой звездной массой в более поздние эпохи существования Вселенной.
Еще одна интересная закономерность: в диапазоне более коротких волн протяженное излучение оказалось заметно шире по своей структуре. По мнению исследователей, это может указывать на активное формирование новых звезд именно на периферийных областях этих древних галактик — процесс, продолжающий обогащать юную Вселенную новыми звездными системами уже в первые сотни миллионов лет ее существования.
Значение открытия
Полученные результаты помогают астрономам по-новому взглянуть на процесс совместной эволюции галактик и сверхмассивных черных дыр в их центрах. До сих пор оставалось загадкой, каким образом черные дыры успевали набрать столь значительную массу в первые сотни миллионов лет существования Вселенной. Теперь ученые получили важное доказательство того, что этот процесс происходил не изолированно, а в тесной связи с формированием окружающих их галактик.
Дальнейшие наблюдения с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», обладающего беспрецедентной чувствительностью в инфракрасном диапазоне, вероятно, помогут собрать еще больше данных о загадочных LRDs и полнее восстановить хронологию формирования первых крупных космических структур во Вселенной.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Astronomy.
Читайте также: Исследование: сверхмассивные черные дыры появились раньше своих галактик.
