Исследователи разгадывают тайну «маленьких красных точек», запечатленных космическим телескопом НАСА «Джеймс Уэбб».

В исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal Letters, авторы Фабио Пакуччи и Абрахам (Ави) Лёб из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов предложили новое объяснение происхождения некоторых из самых загадочных ранних галактик Вселенной, известных как «маленькие красные точки». Они предполагают, что эти галактики представляют собой гало очень медленно вращающейся тёмной материи — чрезвычайно редкой космической структуры.

Эти тусклые компактные объекты, обнаруженные на снимках дальнего космоса, полученных космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (JWST) , бросили вызов научному пониманию того, как формировались галактики и черные дыры в ранней Вселенной.

Эти галактики были видны в основном, когда Вселенной было всего миллиард лет, но, по словам Пакуччи, они, вероятно, сформировались гораздо раньше, в эпоху, известную как «космическая заря». Несмотря на то, что они примерно в десять раз меньше типичных галактик, астрономические наблюдения показывают их необычную яркость. Астрономы считают, что их яркий красный цвет указывает на то, что они окутаны пылью или заполнены более старыми звёздами.

В течение многих лет астрономы спорили о том, исходит ли свет, который мы наблюдаем от этих объектов, от звезд или от центральных сверхмассивных черных дыр.

«Маленькие красные точки — это далёкие, очень компактные красные галактики, которые оставались совершенно незамеченными до появления космического телескопа имени Джеймса Уэбба», — заявил Пакуччи. Это, пожалуй, самое удивительное открытие JWST на сегодняшний день. Наша работа показывает, что они могли образоваться естественным образом в гало тёмной материи с очень низкой скоростью вращения.

«Это фундаментальная загадка», — сказал Пакуччи. «Если они содержат чёрные дыры, то они огромны для таких маленьких галактик. Но если они содержат только звёзды, галактики слишком компактны, чтобы вместить их все, достигая немыслимой звёздной плотности в центре». Вместо того чтобы сосредоточиться на энергии, питающей яркие пятна, Пакуччи и Лёб выбрали другой подход: они исследовали, как эти объекты могли изначально образоваться.

Гало тёмной материи – это невидимые вращающиеся каркасы, вокруг которых формируются галактики. В своей работе авторы показывают, что яркие пятна образуются в гало, находящихся в 1% от наименьшего значения скорости вращения . Другими словами, 99% гало вращаются быстрее. Эти гало с низкой скоростью вращения естественным образом формируют чрезвычайно компактные галактики. Как и качели на ярмарочной площади, чем быстрее вращается гало, тем сильнее оно растягивается, заставляя галактику, формирующуюся в её центре, расширяться; аналогично, медленное вращение, или вращение, уменьшает радиус качелей.

Эта гипотеза также объясняет, почему яркие пятна относительно редки : они составляют всего 1% от распространенности типичных галактик, но встречаются чаще, чем квазары — чрезвычайно яркие сверхмассивные черные дыры, которые светятся в центрах некоторых галактик.

Это также помогает понять, почему яркие пятна наблюдаются лишь в течение короткого периода в миллиарды лет в ранней Вселенной. По мере эволюции Вселенной гало тёмной материи увеличиваются в размерах и приобретают больший угловой момент, что затрудняет формирование компактных галактик с низкой скоростью вращения .

«Гало тёмной материи характеризуются скоростью вращения: некоторые вращаются очень медленно, а другие — быстрее», — сказал Лёб. «Мы показываем, что если предположить, что маленькие красные точки обычно находятся в первом процентиле распределения скорости вращения гало тёмной материи, то все их наблюдаемые свойства объясняются ».

Хотя в статье не рассматривается, питаются ли маленькие красные точки звездами или черными дырами, в ней предполагается, что они представляют собой идеальную среду для быстрого роста звезд или черных дыр: «Низкоскоростные гало имеют тенденцию концентрировать массу в центре, что способствует аккреции материи черной дырой или быстрому звездообразованию», — подытожил Пакуччи.