«Джеймс Уэбб» исследует генеалогическое древо недавно открытых далеких объектов

С момента их обнаружения космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году малые красные точки (МКТ) вызывают большой интерес у астрономов. Понимание природы этих чрезвычайно далёких компактных источников красного света стало непростой научной задачей.

Согласно одной из популярных теорий, маленькие красные точки — это сверхмассивные чёрные дыры, известные как активные ядра галактик, хотя их характеристики отличаются от характеристик близлежащих активных ядер галактик. Несмотря на то, что на ранних этапах существования Вселенной их было много при высоком красном смещении, их количество быстро уменьшается при более низких значениях красного смещения. (Чем выше красное смещение, тем большее расстояние преодолел свет во Вселенной.) Это загадочное изменение количества объектов заставляет задаться вопросом: что происходит с маленькими красными точками по мере развития Вселенной?

Группа исследователей под руководством Пьерлуиджи Ринальди из обсерватории Стюарда при Аризонском университете, ныне работающая в Научном институте космического телескопа (STScI) в Балтиморе, опираясь на свои предыдущие исследования в новом исследовании выдвинула предположение о том, по какому пути могут двигаться LRD по мере старения Вселенной. Несмотря на то, что они могут выглядеть как уникальная популяция галактик, эти точки подвержены наблюдательной предвзятости — некоторые особенности просто не проявляются при более высоких красных смещениях при использовании современных технологий.

Их выводы основаны на анализе спиральной галактики с низким красным смещением WISEA J123635.56+621424.2, прозванной «Сагуаро» за свои характерные рукава, напоминающие кактус, произрастающий в пустыне Сонора на юго-западе США. Особенно интригующей особенностью этой галактики с красным смещением 2, которая сформировалась примерно через 3,3 миллиарда лет после Большого взрыва, является ее маленький центр, похожий на красную точку, который напоминает рубиново-красный плод пустынного растения.

«Все, что было создано в ранней Вселенной, должно эволюционировать во что-то вокруг нас. Мы плохо представляли себе, во что превращаются LRD, но эти результаты наконец показывают, как найти их потомство», — сказал соавтор исследования Джордж Рике из Аризонского университета. Предыдущие исследования с помощью выведенного из эксплуатации космического телескопа «Спитцер» НАСА впервые пролили свет на скрытую пылью популяцию компактных галактик во Вселенной с меньшим красным смещением, к которой относится Сагуаро. Это исследование подготовило почву для анализа с высоким разрешением, который провели космические телескопы НАСА «Хаббл» и «Джеймс Уэбб».

Среди тысяч источников, которые Ринальди изучила в рамках нескольких обзоров, Сагуаро оказался подходящим объектом — один из массивов микрозатворов «Уэбба» идеально расположен над ядром галактики, что позволяет получать спектроскопические данные, — и подходящим временем — галактикой с меньшим красным смещением. Чтобы получить максимально полное представление о спиральной галактике во всем электромагнитном спектре, команда использовала архивные данные «Хаббла» в ультрафиолетовом диапазоне и «Уэбба» в инфракрасном диапазоне для получения изображений и спектроскопических данных соответственно.

«Поскольку Сагуаро находится на более низком красном смещении, мы можем рассмотреть очень красивую и яркую галактику-хозяин в высоком разрешении и с высокой детализацией с помощью телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», — говорит Цзыхао Ву из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и соавтор исследования. — Наблюдения «Уэбба» помогут нам понять, как связаны галактика и ее маленькое ядро, похожее на красную точку».

Команда использовала несколько подходов, чтобы убедиться, что компактное красное ядро кактуса сагуаро соответствует характеристикам прототипа красных карликов с переменным ядром. В частности, данные «Хаббла» и «Уэбба» показали, что ядро ярче как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном свете, чем в видимом, как и у далёких красных карликов с переменным ядром. Команда также тщательно разделила свет, излучаемый растением и ядром, и учла наличие рентгеновского излучения от источника.

Хотя большинство маленьких красных точек с высоким красным смещением не видны в рентгеновском диапазоне, рентгеновская обсерватория «Чандра» НАСА зафиксировала слабое рентгеновское излучение от галактики Сагуаро.

«Наблюдения в рентгеновском диапазоне показывают, что у этой галактики есть активное ядро, причем сильно затененное, — говорит Кэрис Гилберт, магистрант Кейптаунского университета в Южной Африке и соавтор статьи. — Оно не только затенено, но и слабо излучает в рентгеновском диапазоне». Такое сочетание могло бы объяснить отсутствие рентгеновского излучения, которое мы наблюдаем у всех остальных маленьких красных точек. Это хорошо вписывается в общую картину».

Команда не только продемонстрировала, что центральный компактный красный источник в галактике Сагуаро соответствует критериям «малой красной точки», но и искусственно сдвинула галактику в сторону более высокого красного смещения, чтобы изучить, как эта галактика выглядела бы для наблюдателей в ранней Вселенной. Как и ожидалось, окружающая Сагуаро галактическая структура размывается, и остается виден только яркий источник, похожий на «малую красную точку», в центре галактики.

«Наша теория заключается в том, что большинство этих удаленных источников подвержены влиянию этого космологического эффекта, что приводит к систематической ошибке в наблюдениях, — сказал Ринальди. — Мы просто не можем изучить непосредственное окружение маленьких красных точек с высоким красным смещением, потому что их окружение слишком тусклое, чтобы его можно было наблюдать даже с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Маленькие красные точки — это не просто точки. Это лишь верхушка айсберга — сверхмассивная черная дыра, взаимодействующая с ближайшим окружением».

Учитывая пример галактики Сагуаро, команда исследователей считает, что малоизученные красные галактики могут быть не отдельной популяцией галактик, а временной фазой существования высокоактивных сверхмассивных чёрных дыр. Может ли эта теория объяснить связь между многочисленными малоизученными красными галактиками с высоким красным смещением, которые наблюдал «Джеймс Уэбб», и локальной Вселенной?

Хотя Сагуаро не является типичным представителем малых красных точек, команда исследователей предполагает, что это одна из фаз существования этих компактных красных источников. Чтобы убедиться в этом, необходимы дальнейшие исследования Сагуаро, а также поиск других галактик, подобных Сагуаро, с меньшим красным смещением. Команда также намерена изучить обширные архивные данные «Уэбба», чтобы составить каталог малых красных точек и понять, как окружающая среда может влиять на их эволюцию. Все эти подходы призваны помочь составить генеалогическое древо малых красных точек.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — ведущая в мире обсерватория для изучения космоса. «Джеймс Уэбб» раскрывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далекие миры вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. «Джеймс Уэбб» — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно с партнерами — Европейским космическим агентством (ЕКА) и Канадским космическим агентством (ККА).

Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Пьерлуиджи Ринальди (Обсерватория Стьюарда); обработка изображения: Алисса Пейган (STScI)

На изображении:

На основе анализа спиральной галактики WISEA J123635.56+621424.2, прозванной «Сагуаро», ученые предложили один из возможных путей развития маленьких красных точек по мере взросления Вселенной. Они предполагают, что маленькие красные точки могут быть временной фазой высокоактивных сверхмассивных черных дыр.