Космический телескоп «Джеймс Уэбб», запущенный в 2021 году, смотрит в прошлое Вселенной дальше, чем какой-либо научный инструмент до него. И порой видит там не то, что ожидают учёные.

Так, он обнаружил во Вселенной, которой было всего 660 миллионов лет от роду, загадочное красное пятно, которое не поддаётся классификации. Объект удивительный — размером с Солнечную систему, он излучает в 100 миллиардов раз больше энергии, чем способна произвести любая известная звезда. Такого астрономы не видели никогда.

Красный, яркий, компактный

Фотон, который летит от далёкого космического объекта к нашему глазу (или телескопу), всегда тратит время на дорогу. Поэтому мы никогда не видим, к примеру, звёзды такими, какими они являются в данный момент. Мы видим их такими, какими они были в тот момент, когда испустили свет. Это, кстати, касается и Солнца: мы наблюдаем его таким, каким оно было 8 минут назад.

Слева направо: звезды, черные дыры, звезды — чёрные дыры. Фото: Massachusetts Institute of Technology

Телескоп «Джеймс Уэбб» спроектирован так, что способен различать свет самых далёких объектов во Вселенной. А значит — самых молодых. Он видит мир, который существовал через 250–300 миллионов лет после Большого взрыва. По космическим меркам, это не то что детство — младенчество. Первые звёзды уже зажглись, но галактики ещё не начали формироваться.

Программа, в рамках которой «Джеймс Уэбб» ищет самые ранние галактики, называется Mirage or Miracle («Мираж или чудо»). Как сообщается, работая по этой программе, телескоп смог обнаружить нечто, не вписывающееся ни в одну из известных категорий.

Объект, получивший обозначение MoM-BH*-1, выглядит как красный, очень яркий и компактный. По светимости он превосходит соседнюю галактику, а по спектру напоминает старую звезду.

Обычно, когда астрономы видят в данных «Джеймса Уэбба» что-то очень красное, они предполагают, что это пыль. Она рассеивает голубой свет, делая объект красным. Но спектр MoM-BH*-1 не совпал с пылевым: вместо размытого поглощения наблюдается резкий обрыв в ультрафиолете — так называемый бальмеровский разрыв, характерный для плотных атмосфер старых звёзд. Найти его в объекте, который, по предположению учёных, должен быть галактикой, — неожиданно.

На этих изображениях, полученных телескопом «Джеймс Уэбб», звезда — чёрная дыра выглядит как маленькая красная точка. Фото: Massachusetts Institute of Technology

«Мы начали задаваться вопросом: может ли объект быть настолько красным, если он состоит только из водорода, и вокруг него нет пыли? К нашему удивлению, оказалось, что это возможно, если источник скрыт за чрезвычайно плотным слоем водорода — настолько плотным, что он, скорее, напоминает поверхность гигантской звезды, чем разреженную межзвёздную туманность», — говорит один из авторов исследования, астрофизик Роберт Симко из Массачусетского технологического института (США).

Скрытая фаза эволюции

Команда проверила все известные модели. Звёзды не могут давать такую светимость: предел термоядерного синтеза — в 100 миллиардов раз ниже (проще говоря объект излучает в 100 миллиардов раз больше энергии, чем любая известная звезда). Пыль не объясняет тот самый спектральный обрыв.

Активные ядра галактик и квазары тоже не подходят для объяснений: в их спектре обычно много линий тяжёлых химических элементов, а здесь — только водород и гелий.

Единственное, что совпадает с наблюдениями, — модель «звезды — чёрной дыры».

«Мы думаем, что в центре этого объекта находится чёрная дыра массой примерно в 100 тысяч раз больше массы Солнца, — объясняет ещё один автор исследования Рохан Найду из Института астрономии Гавайского университета. — Вокруг неё располагается огромная газовая оболочка, напоминающая поверхность звезды, но только размером с нашу Солнечную систему. Это действительно колоссальный объект. Получается гибрид: звезда с „начинкой“ из чёрной дыры».

Если это так, то MoM-BH*-1 — «зародыш» того, что позже станет сверхмассивной чёрной дырой в центре галактики. Астрономы давно искали объяснение тому, как в ранней Вселенной так быстро возникли чёрные дыры с массой в миллиарды Солнц. Возможно, этот объект — как раз та самая начальная фаза. Чёрная дыра ещё только растёт и, словно коконом, окружена сверхплотной газовой оболочкой из водорода размером с Солнечную систему.

«На протяжении десятилетий мы предполагали, что в ранней Вселенной должно было происходить что-то грандиозное. Вероятно, это грандиозное — „звёзды — чёрные дыры“. Такой объект выглядит как галактика, но ведёт себя как звезда и чёрная дыра одновременно», — рассуждает Рохан Найду.

Маленькие красные точки

И самое интересное: таких объектов много. Почти на каждом глубоком снимке «Уэбба» астрономы наблюдают загадочные «маленькие красные точки». В ранней Вселенной они встречаются повсюду, но потом, с приближением к настоящему времени, исчезают.

Эти «точки» активно обсуждают в астрономическом сообществе. Теперь учёные предполагают, что все они могут быть такими же «звёздами — чёрными дырами», только большинство из них скрыто пылью или светом собственных галактик.

Уникальность объекта MoM-BH*-1 в том, что его излучение полностью перекрывает свет родительской галактики. Это позволило учёным впервые увидеть «чистый свет» такого объекта, не замаскированный другими источниками.