Таинственные «маленькие красные точки» могут показать, как сформировались первые черные дыры

В исследовании опубликовано в Астрофизические журнальные буквыАвторы Фабио Пакуччи и Авраам (Avi) Loeb предполагают, что эти галактики являются результатом очень медленно вращающегося гало темного вещества, чрезвычайно редкой космической структуры.

Эти слабые, компактные объекты, обнаруженные на изображениях глубокого космоса из космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), бросили вызов ученым понять, как галактики и черные дыры сформировались в ранней вселенной.

Их статья «Космические выбросы: ореолы с низким путем объясняют изобилие, компактность и эволюцию красного смещения маленьких красных точек», предлагает физическое объяснение отличительных свойств точек.

«Маленькие красные точки очень компактные и красные отдаленные галактики, которые были полностью не обнаружены до космического телескопа Джеймса Уэбба», – сказал Пакуччи. «Они, пожалуй, самое удивительное открытие JWST на сегодняшний день. Наша работа показывает, что они могут, естественно, формируются в гало Темной материи с очень низким вращением».

Головоломка в ранней вселенной

По словам Пакуччи, эти галактики в первую очередь видны, когда вселенной было всего один миллиард лет, но, вероятно, сформировалась гораздо раньше, в течение времени, известного как Космический рассвет. Несмотря на то, что астрономические наблюдения показывают, что они кажутся необычайно яркими. Астрономы считают, что их поразительный красный цвет предполагает, что они окутаны пылью или наполнены старыми звездами.

В течение многих лет астрономы обсуждали, генерируется ли свет, который мы наблюдаем из этих объектов, звезд или центральных супермассивных черных дыр.

«Это фундаментальная загадка», – сказал Пакуччи. «Если они содержат черные отверстия, эти черные отверстия огромны для таких небольших галактик. Но если они содержат только звезды, галактики слишком компактны, чтобы содержать их все, достигая центральных звездных плотностей, которые являются немыслимыми».

Вместо того, чтобы сосредоточиться на том, что способствует светящимися точкам, Pacucci и Loeb использовали другой подход: они изучили, как такие объекты могут сформировать в первую очередь.

Цикл с низким путем

Орелиные ореолы темной материи – это невидимые, вращающиеся леса, вокруг которых образуются галактики. В своей статье авторы показывают, что светящиеся точки, образованные в гало, которые находятся в самых низких 1% от распределения вращения. Другими словами, 99% всех ореолов вращаются быстрее, чем те. Эти ореолы с низким путем, естественно, создадут чрезвычайно компактные галактики. Так же, как качели на карнавале, тем быстрее вращается ореол, тем больше выпадает, заставляя галактику, образующуюся в центре для расширения; Кроме того, медленный вращение сохраняет радиус качелей меньше.

Эта гипотеза также объясняет, почему светящиеся точки относительно редки: они представляют всего 1% от изобилия типичных галактик, но чаще, чем квазары, чрезвычайно яркие центры супермассивные черные дыры, которые сияют в центре некоторых галактик.

Кроме того, теория помогает прояснить, почему светящиеся точки наблюдаются только в течение короткого периода 1 млрд лет в ранней вселенной. Когда вселенная развивается, ореолы темной материи растут больше и набирают больше углового импульса, что затрудняет образование компактных галактик с низким путем.

«Орелиные ореолы темной материи характеризуются вращательной скоростью: некоторые из них вращаются очень медленно, а другие вращаются быстрее», – сказал Леб. «Мы показали, что если вы предполагаете, что маленькие красные точки обычно находятся в первом процентиле спинового распределения гало темной материи, то вы объясняете все их наблюдательные свойства».

Основные среды для черных дыр

Несмотря на то, что бумага не решает, питаются ли маленькие красные точки звездами или черными отверстиями, это говорит о том, что они являются основными средами для быстрого роста звездного или черной дыры.

«Ореол с низким путем, как правило, концентрируется в центре, что облегчает черную дыру наполняться веществом или для звезд быстро формироваться»,-сказал Пакуччи.

Некоторые из точек показывают широкие линии излучения в своих спектрах, которые являются возможными признаками активных черных отверстий, но им не хватает рентгеновского излучения, обычно связанного с ними. Pacucci ведут новые программы, чтобы лучше понять природу этих специфических астрофизических источников. Например, поиск похожих поблизости галактик прояснит, что они развиваются в дальнейшем в космосе.

«Наша работа – это шаг к пониманию этих загадочных объектов», – сказал он. «Они могут помочь нам понять, как сформировались первые черные дыры и развивались с галактиками в ранней вселенной».