Когда на рынок выходит новый космический телескоп, он предназначен для решения конкретных проблем астрономии и дает критические ответы на важные вопросы. JWST был создан с учетом четырех всеобъемлющих научных целей. Но когда астрономы ожидают появления новых телескопов, они тут же отмечают, что их также воодушевляют неожиданные открытия, которые делают новые телескопы.
Не было недостатка в неожиданных открытиях, касающихся JWST, особенно в отношении очень ранней Вселенной.
В декабре 2022 года, всего через шесть месяцев научной работы, JWST обнаружил присутствие небольших красных объектов на сильно смещенном в красную сторону небе. Астрономы назвали их маленькими красными точками (LRD). Природа этих объектов не была очевидна, но они существуют в изобилии, и астрономам любопытно посмотреть, что они могут рассказать нам о ранней Вселенной.
Недавно группа исследователей собрала большую выборку этих LRD. Большинство из них существовало только через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. По наблюдениям, большое количество LRD могут содержать растущие сверхмассивные черные дыры (СМЧД). При более низких красных смещениях класс соответствующих объектов отсутствует, что только углубляет их загадочную природу.
Новое исследование называется «Восстание слабого красного AGN на z>4: образец маленьких красных точек во внегалактических полях наследия JWST». Оно было принято к публикации в Astrophysical Journal, а его ведущий автор — Дейл Кочевски из Колби. Колледж в Уотервилле, штат Мэн. Статья доступна на сервере препринтов arxiv.org.
«Мы озадачены этой новой совокупностью объектов, которую обнаружил Уэбб. Мы не видим аналогов этого явления при более низких красных смещениях, поэтому мы не видели их до Уэбба», — сказал ведущий автор Кочевски. «Проводится большая работа, чтобы определить природу этих маленьких красных точек и определить, зависит ли их свет от аккрецирующих черных дыр».
JWST собрал огромное количество данных в результате своих наблюдений. Астрономы, создавшие образец LRD, использовали общедоступные данные опросов CEERS, PRIMER, JADES, UNCOVER и NGDEEP. Хотя они не первые, кто исследует наборы данных на наличие LRD, команда использовала другой метод для идентификации LRD в более широком диапазоне красных смещений. Они идентифицировали 341 LRD в диапазоне от 2 до 11 красных смещений. Исследователи обнаружили, что LRD появились в больших количествах только через 600 миллионов лет после Большого взрыва, а затем их число быстро возросло примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.
К счастью, Некоторые спектроскопические данные уже доступны для части LRD в программе Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES). содержит спектроскопию красного источника JWST/NIRSpec. Спектроскопические данные показали, что около 70% LRD демонстрируют признаки быстро вращающегося газа. Газ движется со скоростью около 1000 км в секунду, что позволяет предположить, что это могут быть аккреционные диски сверхмассивных черных дыр.
Вывод кажется довольно очевидным: LRD — это активные ядра галактик (AGN), то есть черные дыры, которые активно питаются. Но почему они исчезают примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва?
«Самое интересное для меня — это распределение красного смещения. Эти действительно красные источники с высоким красным смещением по существу перестают существовать в определенный момент после Большого взрыва», — сказал Стивен Финкельштейн, соавтор исследования в Техасском университете в Остине. «Если это растущие черные дыры, а мы думаем, что по крайней мере 70 процентов из них таковы, это предполагает эпоху скрытого роста черных дыр в ранней Вселенной».
Большинство из нас помнят, как некоторые чрезмерно фанатичные заголовки утверждали, что JWST «сломал космологию». Открытие LRD послужило причиной некоторых из этих соображений. Если свет, исходящий от LRD, исходил от звезд, некоторые галактики, должно быть, очень быстро стали очень большими. Наши теории не могли их объяснить.
Если эти результаты верны, то свет исходит от активных ядер галактик, а не от больших, быстрорастущих галактик. В этом случае наши теории в безопасности (пока).
«Именно так можно решить проблему разрушения Вселенной», — сказал Энтони Тейлор, соавтор исследования из Техасского университета в Остине.
В своей статье авторы освещают некоторые важные моменты.
«Один из наших ключевых выводов заключается в том, что красные компактные объекты, известные как маленькие красные точки, появляются в больших количествах при z > 4», — пишут они. «Распределение красного смещения, которое мы наблюдаем для нашего образца LRD, может пролить свет на природу их затемнения и механизмы, управляющие их ядерной активностью».
Их запутывание может быть результатом так называемого «роста изнутри наружу». В этой модели звезды сначала начинают формироваться в центральных областях галактики, и в этих регионах они формируются быстрее. В конце концов, звездообразование перемещается к периферии галактики. Это происходит потому, что газ сжимается внутрь под действием силы тяжести, благоприятствуя звездообразованию в центре. Тот же коллапс газа может также спровоцировать одновременный рост СМЧД в галактике. Это также может объяснить красный цвет, который мы видим. «Быстрое накопление металлов в протовыпуклости вызывает наблюдаемое нами покраснение», — пишут авторы.
По мере того как звездообразование движется наружу, рядом с АЯГ оседает меньше пыли, а это означает, что с течением времени будет меньше LRD.
Однако рост «наизнанку наружу» является лишь одним из возможных объяснений LRD, хотя он хорошо согласуется с большей частью существующих данных. Команда планирует продолжить эту работу с помощью визуализации в среднем инфракрасном диапазоне и спектроскопии. Это поможет им понять численную плотность этого слабого АЯГ и пролить больше света на то, что оно скрывает.
«Всегда есть два или более способов объяснить загадочные свойства маленьких красных точек», — сказал Коцевски. «Это непрерывный обмен моделями и наблюдениями, поиск баланса между тем, что хорошо согласуется между ними, и тем, что противоречит».
Что бы конкретно ни происходило с LRD, проблема показывает, насколько мощными могут быть неожиданные открытия. Это также еще раз показывает, насколько ценен JWST.
«Хотя многое еще предстоит определить о природе LRD, распространение широких эмиссионных линий в их спектрах позволяет предположить, что эта популяция проливает свет на период скрытого роста черных дыр в ранней Вселенной, который был в значительной степени необнаружен до эры JWST. «, заключают авторы.
