ЈВСТ примећује чудну црвену тачку тако да екстремни научници то не могу да објасне

Наредни подаци су јасно показали да су ови објекти били изузетно удаљени. Чак и онима који су нам најближи требало је 12 милијарди година да њихова светлост стигне. Пошто је гледање кроз свемир такође гледање у прошлост, видимо те објекте онако како су се појавили пре 12 милијарди година, отприлике 1,8 милијарди година након Великог праска.

Ране теорије указују на масивне, младе галаксије

Ово откриће је покренуло тешка питања. Да би протумачили било које астрономско посматрање, истраживачи се ослањају на моделе који описују како би различите врсте објеката требало да изгледају. Астрономи могу са сигурношћу да идентификују звезду само зато што звезде схватају као џиновске плазма сфере које гравитација држи заједно, генеришући енергију нуклеарном фузијом. Они такође знају како звезде треба да се појављују на сликама и у детаљним мерењима њихове светлости познатим као спектри. Када објекат одговара и изгледу и спектру, може се поуздано класификовати.

Мале црвене тачке нису биле усклађене ни са једном познатом категоријом, па су астрономи почели да разматрају екстремнија објашњења. Један рани предлог сугерисао је да су ови објекти били необично густе галаксије испуњене огромним бројем звезда, са њиховом црвенкастом бојом узрокованом дебелим слојевима прашине. Да бисте визуелизовали ову густину, замислите да поставите соларни систем унутар коцке по једну светлосну годину са сваке стране. У нашој области свемира, та коцка би садржала само Сунце. У предложеним галаксијама, иста коцка би садржала неколико стотина хиљада звезда.

У Млечном путу, само централно језгро има густину звезда која је далеко упоредива, а тај регион још увек садржи само око хиљадити део звезда потребних за моделе малих црвених тачака. Ако би ове галаксије заиста имале стотине милијарди соларних маса вредних звезда мање од милијарду година након Великог праска, то би изазвало основне теорије о томе како се галаксије формирају. Као што коаутор Бингјие Ванг (Пенн Стате Университи) примећује: „Ноћно небо такве галаксије било би заслепљујуће светло. Ако ово тумачење важи, то имплицира да су звезде настале кроз изванредне процесе који никада раније нису примећени.“

Галаксије или активна галактичка језгра? Научна подела

Дебата се брзо појавила. Неки истраживачи су фаворизовали идеју о галаксији богатој звездама и прашином, док су други тврдили да су мале црвене тачке заправо активна галактичка језгра заклоњена великом количином прашине. Активна галактичка језгра настају када материјал спирално уђе у централну црну рупу галаксије, формирајући изузетно врућ акрециони диск. Међутим, и ово тумачење је наишло на проблеме. Спектри малих црвених тачака значајно су се разликовали од познатих активних галактичких језгара црвених од прашине. Сценарио је такође захтевао да ови објекти буду домаћини супермасивних црних рупа са изузетно великим масама, и то далеко више од очекиваног, с обзиром на то колико је малих црвених тачака ЈВСТ открио.

Упркос њиховим неслагањима, астрономи су се сложили око једне тачке. Да би решили мистерију, било им је потребно више података. Почетни налази ЈВСТ-а понудили су слике, али за разумевање физике су били потребни спектри, који откривају колико светлости објекти емитују на различитим таласним дужинама. Обезбеђивање таквих посматрања је изазовно јер је време на великим телескопима веома конкурентно. Када је значај малих црвених тачака постао јасан, многе групе су почеле да траже време за посматрање. Један од тих успешних предлога био је програм РУБИЕС, који је водила Ана де Граф са Института за астрономију Макс Планк, скраћено за „Црвене непознанице: Бригхт Инфраред Ектрагалацтиц Сурвеи“.

Истраживање РУБИЕС открива екстреман пример

Између јануара и децембра 2024. године, РУБИЕС тим је користио скоро 60 сати ЈВСТ времена да прикупи спектре за 4500 удаљених галаксија, производећи један од највећих ЈВСТ спектроскопских скупова података до сада. Према Рафаелу Хвидингу (МПИА), „У том скупу података пронашли смо 35 малих црвених тачака. Већина њих је већ пронађена коришћењем јавно доступних ЈВСТ слика. Али оне које су биле нове су се показале најекстремнијим и најфасцинантнијим објектима.“ Најупечатљивије откриће дошло је у јулу 2024: изузетно удаљен пример који су назвали „Литица“, чија је светлост путовала 11,9 милијарди година да би стигла до нас (црвени помак з=3,55). Његова својства сугеришу да је био посебно интензиван представник популације малих црвених тачака и стога кључни предмет за тестирање било које теорије о њима.

Литица је добила своје име због драматичне карактеристике у свом спектру. У ономе што би нормално било ултраљубичасто подручје, спектар је показао веома стрмоглав пораст. Због ширења универзума, та таласна дужина је била растегнута на скоро пет пута већу од првобитне вредности, стављајући је у блиски инфрацрвени, процес који се назива космолошки црвени помак. Овај нагли пораст је познат као „Балмеров прекид“. Балмерови преломи се појављују у обичним галаксијама, посебно у оним које формирају мало или нимало нових звезда, али су много слабији од онога што је виђено у Литици.

Тестирање сваког познатог објашњења

Необично оштар Балмеров прекид довео је Тхе Цлифф у сукоб са обе водеће интерпретације за мале црвене тачке. Де Граафф и њене колеге су тестирале широк спектар модела галаксија и активних галактичких језгара у односу на спектар објекта, покушавајући да репродукују његове карактеристике. Сваки модел је пропао.

Ана де Граф каже: „Екстремна својства Литице натерала су нас да се вратимо на таблу за цртање и смислимо потпуно нове моделе.“ Отприлике у то време, студија истраживача из Кине и Велике Британије из септембра 2024. сугерисала је да би неке карактеристике Балмер-бреак-а могле доћи из извора који нису звезде. Де Грааффов тим је и сам почео да разматра сродну идеју. Балмерови ломови се могу појавити у спектрима појединачних, веома врућих, младих звезда, као иу галаксијама које садрже много таквих звезда. Зачудо, Литица је више личила на спектар једне веома вруће звезде него на спектар целе галаксије.

Појављује се нови модел: Звезда црне рупе (БХ)*

Надовезујући се на ту идеју, де Граафф и њени сарадници увели су нови концепт који називају „звијезда црне рупе“, написан као БХ*. У овом моделу, централни мотор је активно галактичко језгро које садржи супермасивну црну рупу са акреционим диском, али уместо прашине, цео систем је обавијен дебелим слојем гаса водоника који зацрвени емитовано светло. БХ* објекти нису праве звезде јер им недостаје нуклеарна фузија у њиховим центрима. Гас око њих је такође далеко турбулентнији од било чега што се налази у атмосфери нормалне звезде. Ипак, основна физичка ситуација је упоредива. Активно галактичко језгро загрева околни гасни омотач на начин који подсећа на то како фузија загрева спољашње слојеве звезде, стварајући сличан спољашњи изглед.

Модели које је тим представио служе као рани докази концепта. Они још увек нису савршено подударни са подацима, али репродукују уочене карактеристике успешније од било ког претходног модела. Стрми пораст спектра који је инспирисао име Литица може се објаснити густим, сферичним, турбулентним гасним омотачем око активног галактичког језгра. Ако је ова интерпретација тачна, Литица би представљала екстремни случај којим доминира централна звезда црне рупе, док би остале мале црвене тачке садржавале различите мешавине БХ* светлости и светлости околних звезда и гаса.

Импликације за брзи рани раст галаксије

Ако су БХ* објекти стварни, могли би помоћи да се разјасни још једна дугогодишња загонетка. Ранији теоријски рад на нешто мањим црним рупама средње масе сугерисао је да би конфигурација покривена гасом попут ове могла омогућити веома брз раст црне рупе у раном универзуму. ЈВСТ је већ открио доказе за необично масивне црне рупе у раним временима. Ако супермасивне звезде црне рупе расту на сличан начин, могле би да обезбеде нови механизам за објашњење тог брзог раста. Остаје неизвјесно да ли објекти БХ* то могу постићи, али ако могу, то би значајно утицало на моделе ране еволуције галаксија.

Чак и са овим обећавајућим увидима, потребан је опрез. Резултати су потпуно нови и прате стандардну праксу извештавања о научном раду тек након прихватања од стране рецензираних часописа. Да ли ће ове идеје постати широко прихваћене зависи од даљих доказа прикупљених у годинама које долазе.

Преостале мистерије и будућа запажања

Нова открића означавају велики корак, нудећи први модел који може да објасни екстремни Балмеров пад Тхе Цлиффа. Међутим, они постављају и нова питања. Како је уопште могла да се формира таква звезда црне рупе? Шта омогућава њеном необичном гасном омотачу да опстане током дугих периода (нарочито зато што црна рупа троши гас и мора некако да се допуни)? Како настају друге спектралне карактеристике Литице?

Решавање ових питања захтеваће и теоријско моделирање и више запажања. Де Грааффов тим већ има заказана накнадна посматрања ЈВСТ-а за наредну годину, циљајући на литицу и друге посебно занимљиве мале црвене тачке.

Ове будуће студије ће помоћи да се утврди да ли су звезде црне рупе заиста играле улогу у обликовању најранијих галаксија. Могућност је интригантна, али далеко од решене.

Позадина и истраживачки тим

Рад који је овде описан је прихваћен за објављивање као А. де Граафф ет ал., „Изванредан рубин: апсорпција у густом гасу, а не у еволуираним звездама, покреће екстремни Балмеров прекид мале црвене тачке на з = 3,5″ у Астрономија и астрофизика. Пратећи рад који је водио Рапхаел Хвидинг, који представља шири узорак малих црвених тачака из истраживања РУБИЕС, такође је објављен у истом часопису под насловом „РУБИНИ: Спектроскопски попис малих црвених тачака — Сви тачкасти извори са континуумима у облику слова В имају широке линије.

Међу укљученим истраживачима су Ана де Граф, Ханс-Валтер Рикс и Рафаел Е. Хвидинг са Института за астрономију Макс Планк, заједно са Габеом Брамером (Цорсмиц Давн Центер), Џени Грин (Универзитет Принстон), Иво Лабе (Универзитет Свинбурн), Рохан Наиду (МИТ), Бингјие Ванг (Универзитет Пеннатор Стате и други универзитети).