Недавнее открытие, сделанное космическим телескопом JWST, подтверждает, что яркие красные объекты в ранней Вселенной ставят под сомнение устоявшиеся теории о происхождении и эволюции галактик и их сверхмассивных черных дыр.
Под руководством исследователей из Пенсильванского университета и с использованием инструмента NIRSpec на JWST в рамках проекта RUBIES, международная команда обнаружила три загадочных объекта, датируемых 600-800 миллионами лет после Большого взрыва, что составляет всего 5% от нынешнего возраста Вселенной. Открытие было объявлено в журнале Astrophysical Journal Letters.
Учёные проанализировали спектральные измерения интенсивности различных длин волн света, испускаемого этими объектами. Анализ выявил наличие "старых" звезд, возрастом в сотни миллионов лет, что значительно старше, чем ожидалось для молодой Вселенной.
Исследователи также были удивлены, обнаружив признаки огромных сверхмассивных черных дыр в этих объектах, оцениваемых в 100–1000 раз массивнее черной дыры в центре нашего Млечного Пути. Это не соответствует текущим моделям роста галактик и формирования сверхмассивных черных дыр, которые предполагают совместный рост галактик и их черных дыр на протяжении миллиардов лет.
Бинцзе Ван, научный сотрудник Пенсильванского университета и ведущий автор статьи, сказал:
Мы подтвердили, что эти объекты, по-видимому, содержат древние звезды — возрастом в сотни миллионов лет — во Вселенной, которой всего 600-800 миллионов лет. Эти объекты удерживают рекорд по самым ранним признакам старого звездного света. Обнаружение старых звезд в такой молодой Вселенной оказалось совершенно неожиданным. Стандартные модели космологии и формирования галактик оказались невероятно успешными, но эти светящиеся объекты не совсем вписываются в эти теории.
Первоначально массивные объекты были замечены в июле 2022 года, когда JWST опубликовал первый набор данных. Команда опубликовала статью в Nature, объявив о существовании этих объектов. Тогда исследователи предположили, что это галактики, и продолжили анализ спектров, чтобы лучше понять истинные расстояния до объектов и источники их мощного света.
В дальнейшем исследователи использовали новые данные, чтобы нарисовать более ясную картину того, как выглядели галактики и что находилось внутри них. Они подтвердили, что объекты действительно были галактиками, существовавшими в начале времён, и обнаружили доказательства существования крупных сверхмассивных черных дыр и старой популяции звезд.
JWST оснащен инфракрасными датчиками, способными обнаруживать свет, испускаемый самыми древними звездами и галактиками. Телескоп позволяет ученым заглянуть назад во времени примерно на 13,5 миллиарда лет, к самому началу Вселенной, отметил Леха.
Одной из трудностей анализа древнего света является определение типов объектов, которые могли его испускать. Эти ранние объекты обладают признаками как сверхмассивных черных дыр, так и старых звезд. Однако пока неясно, какая часть света исходит от каждого из них — это могут быть ранние галактики, которые оказались неожиданно старыми и более массивными, чем предсказывают модели, или галактики нормальной массы с "сверхмассивными" черными дырами, которые в 100-1000 раз массивнее, чем они могли бы быть сегодня.
Кроме того, сверхмассивные черные дыры, если они действительно присутствуют, оказываются необычными, производя гораздо больше ультрафиолетовых фотонов и не проявляя признаков, таких как горячая пыль и яркое рентгеновское излучение. Исследователи также были озадачены невероятно малыми размерами этих систем, всего несколько сотен световых лет в поперечнике, что примерно в 1000 раз меньше, чем наш Млечный Путь.
Если бы сжать Млечный Путь до размеров этих галактик, ближайшая звезда оказалась бы почти в нашей солнечной системе, а сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, находящаяся на расстоянии около 26 000 световых лет, была бы всего в 26 световых годах от Земли и видна на небе как гигантский столб света.
Исследователи планируют продолжить наблюдения, чтобы лучше понять эти объекты, собираясь получить более глубокие спектры, которые помогут различить излучение звезд и сверхмассивной черной дыры, определив конкретные сигнатуры поглощения каждого из них.
