Уже в начальный период наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб» в ранней Вселенной были выявлены загадочные объекты — «маленькие красные точки», которые озадачили научное сообщество. Анализ показал, что, вероятно, это сверхмассивные чёрные дыры, расположенные в ядрах ещё формирующихся галактик. Это открытие породило вопрос: каким образом такие объекты успели достичь наблюдаемых масштабов за столь короткий срок? Противоречия накапливались, и теперь для них появилось убедительное объяснение.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
Свежая работа, вышедшая в журнале Nature, предлагает изящную разгадку. Учёные демонстрируют, что «маленькие красные точки» представляют собой юные сверхмассивные чёрные дыры, переживающие особую стадию — так называемую «фазу кокона». В этом состоянии чёрную дыру окружает чрезвычайно плотная оболочка из ионизированного газа, насыщенная свободными электронами. Данный «кокон» выполняет двойную роль: он активно питает чёрную дыру (почти на эддингтоновском пределе, то есть с теоретически максимальной скоростью) и в то же время существенно искажает её наблюдаемый спектр.
Именно спектральные данные изначально ввели исследователей в заблуждение. В стандартном сценарии газ, падая на чёрную дыру, формирует аккреционный диск. Его движение происходит как в направлении к нам, так и от нас. Измеряя доплеровское смещение, которое проявляется в ширине спектральных линий, можно оценить скорость газа и массу центрального объекта — сверхмассивной чёрной дыры. Согласно ширине линий у объектов «маленьких красных точек», масса этих чёрных дыр достигала от 10% до 100% массы их родных галактик.
Для сравнения, в современной, локальной Вселенной это соотношение обычно составляет лишь около 0,1%. Существующие космологические модели не могли объяснить столь стремительный рост сверхмассивных чёрных дыр в первый миллиард лет после Большого взрыва. Дополнительной загадкой стало отсутствие рентгеновского и гамма-излучения от этих объектов, что ранее было крайне нетипично. Обобщив все данные, группа астрономов из Манчестерского университета под руководством Вадима Русакова выдвинула и смоделировала гипотезу о развитии молодых сверхмассивных чёрных дыр внутри защитных коконов.
Эти объекты часто скрыты в плотных оболочках из пыли и газа, которые одновременно подпитывают сверхмассивные чёрные дыры на пике их активности и ослабляют их рентгеновское и гамма-излучение. Кроме того, избыток свободных электронов в этой оболочке поглощает и переизлучает фотоны из аккреционного диска, что приводит к уширению спектральных линий и создаёт иллюзию аномально высокой массы скрытых чёрных дыр. Исследователи проводят аналогию с бабочкой в коконе: чёрная дыра созревает внутри такой оболочки, чтобы затем выйти из неё и проявить свою истинную природу, свободно излучая во всём спектре электромагнитных волн.
Подобная интерпретация решает вопрос о кажущемся чрезмерном росте массы сверхмассивных чёрных дыр, вписывая их в рамки общепринятых космологических моделей, а также привносит новый аспект в давний спор о том, что возникло раньше — галактики или чёрные дыры в их центрах. Хотя консенсус по этому вопросу пока не достигнут, полученные данные могут склонить чашу весов в пользу одной из существующих теорий.
