MoM-BH*-1 може бути чорною дірою, схованою всередині зореподібної хмари

MoM-BH*-1 — надзвичайно яскраве, компактне червоне джерело, яке космічний телескоп «Джеймс Вебб» (JWST) виявив під час огляду Mirage або Miracle. Ми бачимо його таким, яким воно було приблизно через 660 мільйонів років після Великого вибуху. Об’єкт випромінює енергію порядку 100 мільярдів Сонць.

Найімовірніше пояснення — так звана «чорна діра-зоря»: чорна діра, що поглинає речовину й захована всередині щільної оболонки з водню. Через цю оболонку джерело може виглядати як гігантська зоря, хоча основна енергія виникає не внаслідок ядерного синтезу, а через падіння газу до чорної діри.

Чому це не схоже на звичайну зорю

Астрономи не побачили чорну діру безпосередньо. Вони зіставили виміряні JWST яскравість, колір і спектр об’єкта з моделями різних можливих джерел енергії.

На користь незвичайної природи MoM-BH*-1 свідчать одразу кілька ознак:

• Надзвичайна потужність. Об’єкт, за оцінками, випромінює приблизно у 100 мільярдів разів більше енергії, ніж відома зоря. Для звичайного ядерного синтезу це надто велике значення.
• Незвично сильний бальмерівський розрив. У спектрі він становить близько 7,7 — більше за очікувану межу для звичайної безпилової зоряної популяції і навіть за значення, прогнозоване для популяції, де переважають зорі типу A.
• Червоний колір без очевидних слідів пилу. У спектрі майже немає ознак елементів, важчих за водень і гелій. Тому почервоніння через пил не є найприроднішим поясненням.
• Компактність, але величезний розмір за зоряними мірками. Згідно з моделлю, випромінювальна оболонка має розмір приблизно із Сонячну систему, а не зі звичайну зорю.

У сукупності ці властивості вказують на щільне й незвичайне середовище, де світло не лише виробляється, а й багаторазово переробляється. Це складно пояснити простою групою нормальних зір.

Як працює гіпотеза «зорі з чорною дірою»

Згідно з моделлю, у центрі MoM-BH*-1 розташована чорна діра масою близько 100 000 Сонць. Її оточує товста, майже позбавлена важких елементів оболонка з водню, розміром приблизно із Сонячну систему.

Коли газ падає до чорної діри, його гравітаційна енергія перетворюється на випромінювання. Однак у достатньо щільній оболонці жорстке випромінювання не виходить назовні одразу, як у відкритого акреційного диска. Газ поглинає його, розсіює і перетворює на випромінювання довших хвиль.

Так утворюється псевдофотосфера — зовнішня поверхня, яка виглядає прохолодною, червоною та зореподібною, хоча всередині працює набагато потужніше джерело енергії. Ця структура може одночасно пояснити і «зоряний» вигляд MoM-BH*-1, і його надзвичайну яскравість. Щільний водень також може створювати незвично глибокий бальмерівський розрив у спектрі.

Чи пояснює це «маленькі червоні цятки» JWST

JWST виявив багато компактних червоних джерел у ранньому Всесвіті. Їх називають «маленькими червоними цятками» (little red dots). Через малі видимі розміри та незвичайні спектри астрономам поки важко встановити, чим вони є насправді.

Гіпотеза «чорних дір-зір» пропонує можливий зв’язок: частина таких цяток може бути молодшими, меншими або менш яскравими версіями чорних дір, захованих у товстих газових оболонках. MoM-BH*-1 могла б бути особливо помітним прикладом, оскільки її загорнута в газ чорна діра, ймовірно, затьмарює навколишню галактику.

Модель також може пояснити, чому від багатьох «маленьких червоних цяток» не вдається зафіксувати рентгенівське випромінювання. Відкрита активна чорна діра зазвичай випромінює високоенергетичні промені, але достатньо товста воднева оболонка може поглинати або утримувати значну частину цього випромінювання, перетворюючи його на оптичне та інфрачервоне світло. Це передбачення моделі, а не пряме рентгенівське вимірювання MoM-BH*-1.

Чому відкриття ще не підтверджене

Спостереження доводять наявність певного світла та спектра, але не окремо зафіксованої чорної діри, газової оболонки чи акреційного потоку. Маса чорної діри, геометрія оболонки та джерело енергії — це висновки, отримані під час порівняння фізичних моделей із даними спостережень.

Тому дослідники називають сценарій із чорною дірою, оповитою газом, найімовірнішим поясненням, а не остаточним доказом нового класу космічних об’єктів. Серед альтернатив залишаються, зокрема, надзвичайно масивна зоря без важких елементів або інша незвичайна конфігурація щільного газу.

Потрібні додаткові спектроскопічні спостереження JWST та вивчення схожих об’єктів раннього Всесвіту. Вони допоможуть перевірити характерні передбачення моделі й з’ясувати, чи утворюють «чорні зорі» окрему популяцію.

Поки що MoM-BH*-1 найточніше називати переконливим кандидатом: джерелом, яке виглядає як зоря, за енергетикою більше нагадує чорну діру і, можливо, допоможе розгадати природу загадкових «маленьких червоних цяток» на глибоких знімках JWST.