Джеймс Уэбб обнаружил «звезду-черную дыру» размером с Солнечную систему

Астрономы обнаружили объект, который может оказаться совершенно новым типом астрофизического объекта: «звезду-чёрную дыру», сочетающую в себе массивную чёрную дыру с огромной газовой оболочкой, похожей на звезду. Этот объект, получивший название MoM-BH*-1, был обнаружен космическим телескопом НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST) в самой ранней Вселенной, всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Объект выглядит как чрезвычайно яркая красная точка, размером примерно с нашу Солнечную систему. При этом его энергетическая мощность, по оценкам, в 100 миллиардов раз превышает мощность любой обычной звезды, что делает невозможным использование традиционного ядерного синтеза в качестве источника энергии. Вместо этого исследователи полагают, что объект питается за счёт центральной чёрной дыры, окружённой огромным плотным облаком водорода.

«Мы полагаем, что там находится центральная чёрная дыра, масса которой в 100 000 раз превышает массу Солнца», — заявил ведущий автор исследования Рохан Наиду, стипендиат программы НАСА «Хаббл» и стипендиат программы Паппалардо в Институте астрофизики и космических исследований имени Кавли при Массачусетском технологическом институте (MIT). Черная дыра, по-видимому, окружена обширной газовой оболочкой, размеры которой примерно соответствуют размерам Солнечной системы, что придает объекту звездоподобный вид.

Это открытие было сделано в рамках обзора «Mirage» или «Miracle» (MoM), в ходе которого проводился анализ данных наблюдений телескопа «Джонсона-Уотсона» (JWST) с целью обнаружения некоторых из самых ранних галактик во Вселенной. Исследователи заметили, что один особенно яркий источник выглядел необычно из-за своего интенсивного красного цвета.

Часто считается, что красные объекты на снимках глубокого космоса окружены пылью, которая может изменять видимый цвет их света. Однако MoM-BH*-1 продемонстрировал ряд других необычных характеристик. Его свет демонстрировал исключительно глубокий «разрыв Бальмера» — спектральную особенность, связанную с поглощением фотонов плотным газом в звездных атмосферах. Кроме того, объект практически не содержал следов элементов, более тяжёлых, чем водород и гелий.

Затем исследователи провели моделирование различных возможных конфигураций, чтобы выяснить, что могло бы обусловить характерный спектр и яркость данного объекта. Они обнаружили, что чрезвычайно плотная оболочка из водорода могла бы объяснить необычные спектральные особенности, но не необычайное количество излучаемой энергии.

Черная дыра оказалась тем самым недостающим элементом. Добавив в свои модели активно аккрецирующую черную дыру и варьируя её массу и другие параметры, исследователи нашли конфигурацию, которая в значительной степени соответствовала наблюдениям JWST. Их моделирование показывает, что MoM-BH*-1 содержит чёрную дыру, масса которой примерно в 100 000 раз превышает массу Солнца, окружённую плотной оболочкой из водорода размером примерно с Солнечную систему.

Предполагаемый объект принципиально отличается как от обычной звезды, так и от традиционной чёрной дыры. В обычной звезде энергия обеспечивается за счёт ядерного синтеза, а окружающий газ формирует звездное тело. В «звезде с чёрной дырой» аккрецирующая чёрная дыра выступает в качестве источника энергии, а окружающий плотный газ создаёт внешнюю оболочку, похожую на звёздную. На сопроводительной иллюстрации в материалах Массачусетского технологического института (MIT) сравниваются эти три структуры; на ней видно, что оболочка «звезды-черной дыры» простирается примерно до масштабов Солнечной системы.

Это открытие также может помочь объяснить одну из величайших загадок, выявленных телескопом JWST: многочисленные «маленькие красные точки», появляющиеся на снимках ранней Вселенной. Эти объекты чрезвычайно распространены на изображениях JWST, но, по-видимому, практически исчезли из современной Вселенной.

Исследователи предполагают, что многие из этих маленьких красных точек на самом деле могут быть звёздами-чёрными дырами, встроенными в ранние галактики. Объект MoM-BH*-1 выглядит необычно, поскольку он настолько ярок, что фактически затмевает свою галактику-хозяйку, что позволяет астрономам наблюдать то, что команда описывает как почти чистый свет звёзды-чёрной дыры.

Исследование под названием «Черная дыра, окутанная газом и с красноватым оттенком из-за газа, в эпоху космического рассвета» было опубликовано в журнале «Nature». Если эта интерпретация подтвердится в ходе дальнейших наблюдений, звезды-черные дыры могут стать новым объяснением того, как массивные черные дыры формировались и развивались в ранней Вселенной.