Исследование JWST связало «маленькие красные точки» с компактными молодыми галактиками

Астрономы, изучающие загадочные «маленькие красные точки», обнаруженные космическим телескопом Джеймса Уэбба, переключили внимание с ярких центров этих объектов на окружающие их галактики. Их анализ показывает, что точки находятся внутри необычно компактных галактик сравнительно небольшой массы, в которых активно образуются звёзды.

Полученные результаты, о которых сообщил Space.com, могут помочь объяснить, почему эти объекты встречаются в ранней Вселенной, но не наблюдаются после того, как возраст Вселенной достигает примерно двух миллиардов лет. Исследование было опубликовано в Nature Astronomy в конце августа.

Загадка ранней Вселенной

«Маленькие красные точки», или LRD, — это небольшие удалённые источники, выявленные при наблюдениях JWST. Их компактный вид и высокая яркость заставили исследователей спорить о том, что обеспечивает их энергией. Среди возможных объяснений — быстро растущие чёрные дыры, интенсивные эпизоды звездообразования или сочетание обоих факторов.

Хорхе Савала из Массачусетского университета в Амхерсте, участник исследовательской группы, рассказал Space.com, что астрономы не обнаружили объектов, похожих на LRD, в ближайшей Вселенной. Это позволяет предположить, что они представляют собой временную стадию развития галактик или чёрных дыр, а не постоянный класс космических объектов.

Большинство предыдущих исследований было сосредоточено на центральном источнике излучения, поскольку именно он определяет свет, регистрируемый от каждой LRD. Это яркое ядро, которое иногда называют центральным двигателем объекта, также является его частью, чья физическая природа остаётся неясной. Окружающая галактика значительно тусклее, поэтому её трудно изучать отдельно.

В новом исследовании использовались изображения JWST 217 LRD для поиска более слабого окружающего излучения. Исследователи интерпретируют этот тусклый свет как звёздное излучение галактик, в которых находятся компактные объекты. Изучение этих галактик-хозяев позволяет выяснить, связаны ли LRD с определёнными галактическими условиями или окружением, а не возникают независимо от своего окружения.

Компактные галактики с активным звездообразованием

По свету галактик-хозяев исследовательская группа оценила типичные размеры и звёздные массы этих систем. Похоже, диаметр галактик составляет около 1 400 световых лет. По сравнению с другими галактиками, в которых образуются звёзды и которые наблюдаются на аналогичном расстоянии и относятся к той же ранней эпохе, они примерно в 2,5 раза компактнее.

Похоже также, что в галактиках-хозяевах содержится сравнительно мало элементов тяжелее водорода и гелия. Астрономы совокупно называют эти более тяжёлые элементы металлами, независимо от того, являются ли они металлами в повседневном смысле. Более низкая металличность ожидаема в молодых космических системах, до того как сменяющие друг друга поколения звёзд обогатили своё окружение.

В совокупности компактные размеры, активное звездообразование и низкая металличность указывают на галактики с особенно высокой плотностью. Такие условия могут способствовать мощным вспышкам рождения звёзд. Савала рассказал Space.com, что это допускает связь феномена LRD с интенсивным звездообразованием — вплоть до того, что он может порождаться такой активностью.

Результат не позволяет установить, что является главным источником энергии LRD — чёрная дыра или звёзды. Однако он даёт исследователям возможную связь между этими объектами и физическим состоянием галактик-хозяев. Плотная среда также может помочь объяснить гипотезы, связанные с чрезвычайно массивными звёздами: либо как участниками формирования наблюдаемого центрального излучения, либо как возможными предшественниками чёрных дыр.

Что могут показать дальнейшие наблюдения

Исследователи говорят, что нынешняя работа — важная подсказка, но не полное объяснение. Остаются вопросы о том, проходит ли каждая галактика или чёрная дыра через стадию, похожую на LRD, во что в конечном итоге превращаются эти объекты и предпочитают ли они особенно плотные области Вселенной. Также неясно, играют ли роль необычные условия, связанные с тёмной материей.

Одна из сложностей заключается в разделении света галактики-хозяина и центрального двигателя. Исследование опиралось на фотометрию, которая измеряет количество наблюдаемого света. В дальнейших работах можно было бы использовать спектроскопию, распределяющую этот свет по составляющим его длинам волн. Поскольку разные молекулы поглощают и испускают излучение на характерных длинах волн, спектроскопия могла бы выявить температуру, состав и другие физические свойства газа в галактиках-хозяевах.

У кажущегося исчезновения LRD в более поздней Вселенной также может быть химическое объяснение. Ближайшие галактики в целом прошли через миллиарды лет эволюции, в результате чего их газ стал более обогащён тяжёлыми элементами. Эти изменившиеся условия могли сделать процессы, связанные с LRD, менее вероятными или более сложными для выявления.

Ещё один путь — искать близлежащие галактики, похожие на галактики-хозяева из ранней Вселенной. Их относительная близость позволила бы исследователям изучить их структуру и химический состав более детально. Для этого потребуются наблюдения в нескольких диапазонах длин волн и данные разных телескопов.

Пока JWST предоставил свидетельства того, что окружающие «маленькие красные точки» галактики могут быть центральной частью этой загадки. Понимание природы этих тусклых галактик-хозяев может показать, являются ли LRD прежде всего проявлением роста чёрных дыр, кратковременным следствием вспышек звездообразования или стадией, которую формируют оба процесса.