Загадочная «красная точка» из ранней Вселенной излучает рентгеновские лучи

Фото из открытых источников

Результаты исследования, опубликованные в The Astrophysical Journal Letters, стали возможны благодаря сравнению данных, полученных с космического телескопа Джеймса Уэбба и рентгеновской обсерватории Чандра НАСА. Это точечный источник рентгеновского излучения, официально каталогизированный как 3DHST-AEGIS-12014, который исследователи назвали «рентгеновской точкой» из- за его характеристик.

Этот объект расположен примерно в 11,8 миллиардах световых лет от Земли, что относит его к эпохе, когда Вселенной было всего около 2 миллиардов лет, и он обладает большинством определяющих характеристик больших радиальных точек: он мал, красен и находится на огромном космологическом расстоянии. Однако, в отличие от остальных этих загадочных объектов, эта точка излучает рентгеновские лучи — свойство, которое астрономы до сих пор не могли обнаружить в популяции больших радиальных точек.

С момента начала научных исследований с помощью телескопа Джеймса Уэбба появились сообщения о новом классе загадочных объектов. Астрономы идентифицировали сотни небольших красных источников, расположенных на расстоянии около 12 миллиардов световых лет или более, которые быстро получили название «маленькие красные точки» (LRD).

Природа этих объектов является предметом дискуссий, но преобладающая гипотеза в научном сообществе заключается в том, что LRD — это растущие сверхмассивные черные дыры, окутанные плотными облаками газа. Этот газ действует как вуаль, скрывая некоторые типичные спектральные признаки — среди них, в частности, рентгеновское излучение, — на которые астрономы обычно полагаются для идентификации аккрецирующих черных дыр.

Такая конфигурация отличает их от обычных растущих сверхмассивных черных дыр, которые не погружены в плотный газ и, следовательно, позволяют яркому ультрафиолетовому излучению и рентгеновским лучам от вращающегося вокруг них вещества свободно выходить наружу.

Из-за этой особенности и их потенциального сходства со звездными атмосферами исследователи назвали это возможное объяснение сценарием звездной черной дыры для LRD. Новая рентгеновская точка 3DHST-AEGIS-12014 теперь может стать важным связующим звеном между этими гипотетическими звездными черными дырами и типичными растущими сверхмассивными черными дырами.

«Мы, астрономы, несколько лет пытались понять, что это за маленькие красные точки», — сказал ведущий автор исследования Рафаэль Хвидинг из Института астрономии им. Макса Планка в Германии. «Этот единственный рентгеновский объект, возможно, — так сказать, — позволяет нам соединить все точки». Команда обнаружила этот особенный объект, сравнив новые данные телескопа Джеймса Уэбба с результатами глубокого обзора, ранее проведенного обсерваторией Чандра.

В исследовании, в котором также принимали участие Анна де Граафф (Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт, Кембридж, Массачусетс), Ханпу Лю (Принстонский университет, Нью-Джерси) и Энди Голдинг (Принстонский университет), предлагается конкретная интерпретация: рентгеновская точка может представлять собой переходную фазу между LRD и типичной растущей сверхмассивной черной дырой.

«Если эти маленькие красные точки — быстрорастущие сверхмассивные черные дыры, почему они не излучают рентгеновские лучи, как другие черные дыры этого типа?» — задается вопросом Анна де Граафф. «Обнаружение маленькой красной точки, отличающейся от остальных, дает нам новую и важную подсказку о том, что может их питать».

Предложенный механизм таков: по мере того, как чёрная дыра поглощает газ в своём окружении, в окружающих газовых облаках начинают открываться частичные отверстия. Эти отверстия позволяют рентгеновскому излучению, генерируемому падающим на чёрную дыру веществом, просачиваться наружу, и именно это излучение удалось обнаружить телескопу «Чандра». Со временем, когда весь газ будет израсходован, чёрная дыра перестанет существовать, и объект превратится в обычную растущую сверхмассивную чёрную дыру.

Данные телескопа Chandra также указывают на вариации интенсивности рентгеновского излучения, исходящего от объекта, что подтверждает предположение о частичном затемнении черной дыры. По мере вращения газового облака перед черной дырой перемещаются участки более плотного и менее плотного газа, вызывая изменения яркости рентгеновского излучения, которые может зафиксировать обсерватория.

Если мы подтвердим, что рентгеновская точка — это маленькая красная точка в переходном состоянии, это будет не только первым подобным открытием, но и позволит нам впервые заглянуть в самое сердце маленькой красной точки, — сказал Ханьпу Лю. — У нас также будут самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что рост сверхмассивных черных дыр лежит в основе некоторых, если не всех, малых красных точек. Таким образом, это открытие не решает загадку окончательно, но оно предлагает наиболее прямое на сегодняшний день доказательство связи маленьких красных точек с активной фазой роста сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Тем не менее, исследовательская группа не исключает альтернативную гипотезу: рентгеновская точка может представлять собой более распространенный тип растущей сверхмассивной черной дыры, но скрытую экзотическим классом космической пыли, которую астрономы до сих пор не наблюдали. Эта возможность, хотя и менее благоприятная, судя по имеющимся данным, остается в силе, и ожидается, что будущие наблюдения прольют свет на то, какая из двух интерпретаций верна.

Совершенно очевидно, какую дополнительную ценность дает объединение двух самых мощных космических обсерваторий, когда-либо построенных. «Рентгеновская точка присутствовала в наших данных обзора Chandra более десяти лет, но мы понятия не имели, насколько она замечательна, пока не появился телескоп Webb для наблюдений за этим полем», — объяснил Энди Голдинг. «Это яркий пример сотрудничества двух великих обсерваторий».

Программа Chandra управляется Космическим центром имени Маршалла НАСА, в то время как Центр рентгеновской радиографии Chandra в Смитсоновской астрофизической обсерватории управляет научными операциями из Кембриджа, штат Массачусетс, и летными операциями из Берлингтона, штат Массачусетс. Результаты исследования, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal Letters, открывают новое направление исследований, позволяющее определить, является ли рентгеновская точка действительно первым представителем нового класса переходных объектов или, наоборот, связана с ранее неизвестной пылевой конфигурацией.

В любом случае, исследование показывает, что популяция маленьких красных точек, далекая от однородности, содержит по крайней мере один экземпляр, способный излучать рентгеновские лучи, и этот единственный случай может стать ключом к переосмыслению природы всех остальных.