2815
Надщільні зоряні скупчення в ранньому Всесвіті могли «вирощувати» гігантські зорі, з яких згодом утворювалися масивні чорні діри та загадкові компактні об’єкти, відомі як маленькі червоні крапки. До такого висновку дійшла команда астрофізиків під керівництвом Клер Вільямс (Claire Williams) з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, про що повідомляє видання Sci.News.
Маленькі червоні крапки (Little Red Dots, LRDs) — це компактні, червоні й дуже яскраві об’єкти на великих відстанях, які активно обговорюють астрономи. За словами астрофізика Смадар Наоз (Smadar Naoz), різні дослідницькі групи бачать у цих об’єктах різні риси, немов «сліпі, які намагаються описати слона, торкаючись лише окремих його частин». Нова робота пропонує спільну картину, що поєднує кілька таких підходів.
Як моделювали зіткнення зір у ранньому Всесвіті
Замість того, щоб виходити з уже наявних спостережень, команда побудувала аналітичну модель зіткнень зір у дуже щільних системах на великих червоних зсувах — тобто в ранньому Всесвіті. До таких систем належать попередники кульових скупчень, ядерні зоряні скупчення навколо центральних чорних дір галактик, а також компактні червоні LRD-об’єкти.
Початкові умови дослідники взяли з високодетальних космологічних симуляцій. Потім вони перевірили свої аналітичні розрахунки за допомогою Монте-Карло моделювання й отримали хорошу узгодженість у ключових режимах, що підвищує довіру до результатів.
Виявилося, що в скупченнях без чорної діри зіткнення зір зазвичай не руйнівні, а радше схожі на «м’які» злиття. Продукти таких злиттів через динамічне тертя поступово осідають до центру скупчення, де можуть знову й знову зіштовхуватися, нарощуючи масу.
Народження дуже масивних зір і чорних дір
Модель показує, що в скупченнях із густиною понад приблизно 100 000 сонячних мас на кубічний парсек майже всі розглянуті низькомасивні системи здатні сформувати дуже масивну зорю з масою понад 200 мас Сонця. У найщільніших випадках така зоря може вирости до понад 100 000 сонячних мас.
На думку авторів, зоря з такою колосальною масою наприкінці життя, згідно з моделями, практично приречена колапсувати в себе й утворити або чорну діру проміжної маси, або навіть надмасивну чорну діру. Вільямс зазначає, що в симуляціях зорі можуть зливатися багаторазово, доки не утворять один гігантський об’єкт, маса якого порівнянна з масою всього скупчення.
Один із прикладів подібного середовища в сучасному Всесвіті — центр Чумацького Шляху, де в щільному зоряному оточенні перебуває масивна чорна діра. За словами дослідників, коли дуже масивні зорі колапсують у чорні діри проміжної маси, система починає нагадувати наше Галактичне ядро: чорна діра, оточена щільним зоряним скупченням.
Зв’язок із «червоними крапками» та даними телескопа Вебба
Астрономи порівняли свою модель із гравітаційно лінзованими зоряними скупченнями, які на великих відстанях спостерігає космічний телескоп Джеймса Вебба (NASA/ESA/CSA). Більшість таких скупчень, за розрахунками, формують лише відносно помірні дуже масивні зорі. Однак найкомпактніші з них можуть «виростити» зорі масою від 1 000 до 10 000 сонячних мас.
Картина різко змінюється, коли в скупченні вже є масивна чорна діра. Її гравітація настільки розганяє зорі у внутрішніх областях, що зіткнення стають руйнівними: зорі розриваються, а їхня речовина викидається в навколишній простір.
За розрахунками, такі високі темпи руйнівних зіткнень можуть дуже швидко накопичувати навколо чорної діри надзвичайно щільний газ. Його густина відповідає або навіть перевищує значення, які астрономи виводять для маленьких червоних крапок. Цей газ може слугувати готовим «паливом» для чорної діри й водночас пояснювати, чому LRD-об’єкти виглядають саме так, як ми їх спостерігаємо.
Автори підсумовують, що їхня космологічна модель зіткнень зір у протокульових скупченнях, ядерних зоряних скупченнях і LRD-системах демонструє можливий шлях формування дуже масивних зір і масивних чорних дір у ранньому Всесвіті. Це, своєю чергою, може дати ключ до розуміння природи загадкових маленьких червоних крапок.
Робота опублікована 26 жовтня в журналі Astrophysical Journal.
Зіткнення зір у ранньому Всесвіті могли народити зоряних монстрів з’явилася спочатку на Цікавості.
