Речь идет о так называемых «маленьких красных точках» — крошечных, тусклых объектах в ранней Вселенной, которые JWST выявляет в неожиданно большом количестве.
Эти объекты поражают ученых своими свойствами. Их спектр имеет характерную V-образную форму: они ярко светятся как в ультрафиолете, так и в оптическом диапазоне, но с заметным «падением» между ними. Широкие спектральные линии указывают на наличие активных черных дыр в центре этих объектов, но при этом у них почти отсутствует излучение в рентгеновском, радио и инфракрасном диапазонах. На обычные галактики они не похожи и до типичных квазаров тоже не дотягивают — астрономы всерьез обсуждали, не требуется ли для их объяснения выход за рамки стандартных космологических моделей.
Новая теоретическая работа предлагает значительно более простое решение этой задачи. Яньяо Чэнь из Нанкинского университета и Хоуджун Мо из Университета Массачусетса создали модель формирования галактик в рамках стандартной космологии ΛCDM и проследили, какие объекты в ней могли бы выглядеть как маленькие красные точки и во что они затем трансформируются.
В их сценарии все начинается с «зачатков» черных дыр, появляющихся более 13 миллиардов лет назад, при красных смещениях свыше 20, когда Вселенной еще нет и 200 миллионов лет. Эти «семена» формируются в мини-гало — крошечных сгустках темной материи — вокруг первых поколений звезд. Массы таких черных дыр уже достигают промежуточного диапазона, но этого недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемые маленькие красные точки своим свечением.
Ключевую роль играет последующий рост за счет сверхэддингтоновского аккреционного режима — когда черная дыра поглощает вещество примерно в 10 раз быстрее теоретического предела — в ходе кратких, но бурных «ядерных вспышек». Эти эпизоды запускаются при сильных гравитационных возмущениях: слияниях или тесных сближениях галактик. В это время в компактном центральном звездном скоплении одновременно происходят интенсивное звездообразование и стремительный рост черной дыры.
Когда объект начинает проявляться как маленькая красная точка при красном смещении около 5 (примерно через миллиард лет после Большого взрыва), центральная черная дыра достигает масс от сотен тысяч до миллиона солнечных масс. V-образный спектр возникает как «смешение» двух источников: молодые звезды в ядре излучают синий ультрафиолетовый свет, а сверхбыстро растущая черная дыра — красное оптическое сияние.
Авторы подчеркивают, что такая популяция появляется в модели сама по себе, без тонкой подгонки параметров: это естественное следствие совместной эволюции черных дыр, галактик и их темных гало в рамках ΛCDM, а не искусственно введенный «особый класс» объектов.
Будущее маленьких красных точек, согласно расчетам, тоже может быть разным. Часть со временем встраивается в массивные галактики и ярчайшие галактики скоплений. Другие эволюционируют в относительной изоляции, почти не наращивая массу черной дыры после ранней фазы вспышек, и к сегодняшнему дню могут напоминать компактные карликовые галактики, ультракомпактные карлики или даже объекты, похожие на шаровые звездные скопления.