Когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» впервые направили на самые тёмные участки неба, он смог разглядеть объекты более тусклые и далёкие, чем когда-либо прежде. Это принесло несколько неожиданных открытий о ранней Вселенной, и одним из них стало обнаружение так называемых Маленьких красных точек (Little Red Dots, LRD).
LRD представляют собой красноватые точечные объекты, которые наблюдаются в эпоху, когда возраст Вселенной составлял всего около миллиарда лет. Астрономы долго не могли понять их природу. Одна из очевидных версий заключалась в том, что это молодые и мощные активные чёрные дыры, возможно, зародыши первых галактик. Однако активные чёрные дыры, подобно квазарам, излучают сильный радиосигнал и рентгеновские лучи, а LRD этого не делают. Другая гипотеза предполагала, что это чрезвычайно крупные звёзды-предшественники, состоящие только из водорода и гелия. Спектр LRD похож на модели первых звёзд, но в нём также присутствует сильное доплеровское смещение, вызванное вращением. LRD вращаются невероятно быстро, что было бы необычно для первых звёзд. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, утверждает, что это молодые чёрные дыры с избыточной массой.
Работа основана на компьютерном моделировании ранней Вселенной. Команда учёных воссоздала протогалактику в условиях молодого космоса и изучила, как окружающая среда влияла на её эволюцию. Выяснилось, в частности, что газовые облака внутри протогалактики подвергаются воздействию яркого ультрафиолетового света, который не даёт облаку превратиться в звёздные ясли. Вместо распада на протозвёздные сгустки гигантские газовые облака коллапсируют, образуя первичную сверхзвезду, которая затем быстро превращается в чёрную дыру.
Такие чёрные дыры имеют начальную массу порядка миллиона солнечных масс. Радиационная среда ранней Вселенной способствует тому, что газ устремляется к чёрной дыре, позволяя ей быстро поглощать больше вещества. Обычно существует предел скорости роста чёрной дыры. Поглощая материю, она выделяет интенсивное тепло и свет, которые отталкивают падающее вещество. Точка равновесия между гравитацией и этим противодействием известна как предел Эддингтона. Но в данном случае внешнее излучение помогает насильно подпитывать чёрную дыру. Она может поглощать материал со сверхэддингтоновской скоростью, ускоряя свой рост.
Моделирование этих сверхмассивных чёрных дыр предсказывает спектр, который хорошо совпадает с наблюдаемыми спектрами Маленьких красных точек. Модель объясняет, почему спектры LRD в чём-то напоминают чёрные дыры, а в чём-то — первичные звёзды. Эта работа также может объяснить, почему сверхмассивные чёрные дыры появляются в Вселенной так рано. Похоже, LRD являются зародышами галактических чёрных дыр и мощных квазаров.