Рубины космоса: Джеймс Уэбб изучает «запретные» черные дыры и древние звёзды

Телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), словно машина времени, позволяет заглянуть в самые отдалённые уголки Вселенной и стать свидетелями событий, происходивших миллиарды лет назад. Одно из самых удивительных его открытий ставит под сомнение устоявшиеся представления о ранних этапах эволюции галактик. Речь идёт об обнаружении галактик, до краёв наполненных старыми звёздами, в эпоху, когда возраст Вселенной составлял всего несколько сотен миллионов лет.

Эти галактики, подобно рубинам, мерцают на фоне едва остывшего после Большого взрыва космического пространства, заставляя астрофизиков ломать голову над механизмами их столь раннего формирования.

Программа RUBIES, использующая спектрограф NIRSpec на борту JWST, позволила провести детальное исследование трёх таких галактик-кандидатов, расположенных на красном смещении z = 6,7-8,4. Красное смещение — это сдвиг спектральных линий излучения в красную область спектра, вызванный расширением Вселенной. Чем больше красное смещение, тем дальше находится объект и тем в более раннюю эпоху мы его наблюдаем. В данном случае, мы видим эти галактики такими, какими они были спустя всего 600-800 миллионов лет после Большого взрыва.

Ключевым открытием стало обнаружение в спектрах этих галактик чётко выраженного бальмеровского скачка — резкого уменьшения интенсивности излучения на длинах волн, соответствующих переходу электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй. Этот спектральный признак характерен для старых звёздных населений, в которых практически не осталось молодых, горячих светил.

Наличие бальмеровского скачка в спектрах столь далёких галактик противоречит общепринятым моделям эволюции галактик. Согласно этим моделям, для формирования такого количества старых звёзд за столь короткий промежуток времени просто не хватает времени.

Ситуация становится ещё более интригующей, если учесть, что две из трёх исследованных галактик демонстрируют широкие линии излучения водорода, что указывает на наличие активных ядер галактик (АЯГ) — сверхмассивных чёрных дыр, поглощающих окружающее вещество и испускающих мощное излучение.

Как же объяснить столь необычные свойства этих древних галактик? Учёные предлагают два основных сценария:

• Сценарий первый: Эти объекты — прародители массивных эллиптических галактик, которые мы наблюдаем в современной Вселенной. Согласно этой гипотезе, обнаруженные галактики должны были пережить чрезвычайно быстрый и ранний период звездообразования, в ходе которого большая часть их газа была преобразована в звёзды. Затем, под воздействием каких-то неизвестных пока механизмов, звездообразование в этих галактиках резко прекратилось, и они превратились в «спящие» звёздные системы.

• Сценарий второй: Мы имеем дело с маломассивными галактиками, в центре которых находятся необычно яркие и массивные чёрные дыры. В этом случае, бальмеровский скачок может быть объяснен не столько возрастом звёздного населения, сколько тем, что излучение от звёзд поглощается пылью и переизлучается в инфракрасном диапазоне.

В данный момент учёные склоняются к гибридной модели, согласно которой, эти галактики занимают промежуточное положение между двумя описанными сценариями. Возможно, звёздные массы этих объектов были переоценены, а вклад излучения АЯГ в их светимость — недооценен.

Для окончательного ответа на вопрос о природе «красных галактик» необходимы более глубокие наблюдения в рентгеновском и инфракрасном диапазонах. Используя возможности JWST, астрономы планируют получить детальные изображения этих объектов, чтобы точно определить вклад излучения АЯГ и звёзд в общую светимость галактик, а также исследовать свойства межзвездной среды, окружающей эти загадочные объекты.