JWST виявив чотири пари «малих червоних цяток» у ранньому Всесвіті

Астрономи виявили чотири кандидатні пари так званих «малих червоних цяток» (Little Red Dots, LRD) — компактних і дуже червоних джерел, які космічний телескоп James Webb спостерігає в ранньому Всесвіті. Для пошуку використали новий метод аналізу інфрачервоних кольорів піксель за пікселем. Він дає змогу розділяти сусідні червоні ядра, які під час стандартного аналізу можуть зливатися в одне компактне джерело. Результат вказує на несподівано численну популяцію кандидатів у подвійні чорні діри на відстанях порядку кілопарсеків, хоча природа самих LRD досі залишається предметом дискусій. 81

Чому вчені вважають пари фізично пов’язаними

• Чотири кандидатні системи розташовані на відстані лише 0,2–1,2 кутової секунди одна від одної на зображеннях COSMOS-Web. Аналіз кольорів на рівні окремих пікселів у поєднанні з менш жорсткими вимогами до компактності допоміг виявити такі близькі або частково змішані конфігурації. 8

• Для двох пар безщілинна спектроскопія JWST/COSMOS-3D виявила емісійну лінію на однаковій спостережуваній довжині хвилі в обох компонентах кожної пари. Якщо інтерпретувати ці широкі лінії з великою еквівалентною шириною як лінії Hα, вони відповідають спільним червоним зміщенням 5,822 і 5,464. Це підтримує висновок, що об’єкти фізично пов’язані, а не випадково лежать один за одним на промені зору. 8

• За цими спектроскопічними вимірюваннями, проєктована відстань між компонентами становить 1,64 і 7,36 кілопарсека — приблизно 5 300 і 24 000 світлових років. Світло від усіх чотирьох систем вирушило до нас близько 12,5–12,8 мільярда років тому. 8

• Порівняння з модельними каталогами показало, що випадкові проєкції навряд чи можуть пояснити таку малу відстань між об’єктами. Оцінене скупчення LRD на малих масштабах приблизно у 20–30 разів сильніше, ніж передбачає екстраполяція кореляції активних ядер галактик на великих масштабах, яку спостерігає JWST. 8

Отже, ці системи можна розглядати як можливих попередників злиттів галактик і чорних дір на кілопарсекових відстанях. Водночас це ще не підтверджені подвійні чорні діри на фінальній стадії спірального зближення. Потрібні додаткові спостереження, щоб остаточно встановити природу LRD та оцінити час можливого злиття. 81

Що це означає для росту надмасивних чорних дір

Якщо обидві LRD у парі справді містять чорні діри, що активно поглинають речовину, злиття може об’єднати їхні маси, а також спрямувати газ до спільного центру. Це здатне підтримати новий епізод швидкої акреції — падіння речовини на чорну діру.

Повторювані злиття разом із акрецією можуть бути одним зі шляхів формування дуже масивних чорних дір за відносно короткий час після Великого вибуху. Це важливо, оскільки LRD вважають кандидатами на ранню фазу росту надмасивних чорних дір, але механізм їхнього видимого стрімкого збільшення досі не встановлений. 81

Злиття — не єдине можливе пояснення

Одна з провідних альтернатив полягає в тому, що головним чинником є не злиття, а тривале надзвичайно швидке надходження газу. Моделі та спектроскопічні дані припускають, що LRD можуть бути активними ядрами галактик, захованими в щільних оптично товстих газових оболонках або «коконах». Така оболонка може одночасно постачати паливо для акреції та формувати характерний червоний спектр джерела. 32

Ці сценарії не обов’язково суперечать один одному: щільний газ може забезпечувати високі темпи акреції до, під час і після злиття. Наявні дані поки не показують, яка частка раннього росту чорних дір припадала на злиття, а яка — на безперервне поглинання газу. 83

Що зможуть показати майбутні спостереження JWST

Застосування піксельного методу до ширших і глибших оглядів JWST допоможе точніше виміряти частку близьких пар і функцію їхнього просторового скупчення. Зокрема, вчені зможуть з’ясувати, як часто LRD мають близьких супутників, як цей показник змінюється зі зміщенням у червоне та світністю, і чи достатньо поширені злиття, щоб бути важливим каналом росту чорних дір. 8

Такі вимірювання дадуть змогу оцінити частоту злиттів і маси ранніх подвійних чорних дір. Це, своєю чергою, допоможе планувати пошук сигналів для майбутніх космічних гравітаційно-хвильових обсерваторій, зокрема LISA, а також запропонованих детекторів дециметрового діапазону частот. 5

Поки що дослідження є переконливим свідченням надлишку близьких пар «малих червоних цяток», а не прямим виявленням чорних дір, що зливаються, чи породжених ними гравітаційних хвиль. 8