С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» учёные обнаружили в ранней Вселенной необычный объект MoM-BH*-1, который они предлагают отнести к новому типу астрофизических источников — «звезда-чёрная дыра» (black hole stars). Объект относится к новому типу источников, названных «маленькими красными точками», которые впервые начал открывать «Уэбб». Особенность MoM-BH*-1 в том, что его спектр похож на спектр звёзд, но таких в природе не существует.

Объект обнаружен примерно через 660 млн лет после Большого взрыва и имеет подтверждённое спектром красное смещение z=7,7569. Внешне он выглядит как одна из загадочных «маленьких красных точек», массово обнаруживаемых «Уэббом», однако его излучение практически полностью создаётся активной чёрной дырой, скрытой внутри огромной плотной газовой оболочки. Размеры этой оболочки сопоставимы с Солнечной системой, а светимость в 100 млрд раз больше, чем могла бы выдать самая яркая звезда.

Тем самым это не могла быть звезда, поскольку ядерного синтеза в её ядре не хватило бы для выделения такой колоссальной энергии. Зато сверхмассивная чёрная дыра в центре объекта вполне могла выдать наблюдаемую энергию в процессе аккреции вещества. С другой стороны, объект демонстрировал в спектре Бальмеровский скачок, характерный для звёзд, причём очень сильный. Такой спектр невозможно было увидеть в случае туманности или окружающего чёрную дыру газопылевого облака. Иными словами, у объекта была настолько плотная газовая оболочка, которую можно было обнаружить только у звезды. В частности, в спектре были только водород и гелий и никаких признаков более тяжёлых элементов.

Моделирование показало, что наблюдаемый спектр можно получить, если поместить аккрецирующую чёрную дыру внутрь почти сферической оболочки очень плотного водорода. В наиболее подходящей модели плотность газа достигает 10¹¹ см^-3, а характерная турбулентная скорость составляла примерно 500 км/с. Оболочка имеет размеры порядка 10–100 а.е., то есть сопоставима с масштабом Солнечной системы, и настолько непрозрачна, что сама начинает играть роль своеобразной «фотосферы» звезды.

В отличие от обычной звезды, где энергию производит термоядерный синтез, здесь источником энергии служит вещество, падающее на центральную чёрную дыру. Модель требует совсем небольшого количества пыли, поэтому красный цвет объекта объясняется, прежде всего, поглощением излучения плотным газом.

Точная масса центральной чёрной дыры пока остаётся неопределённой, поскольку необычная газовая среда и многократное рассеяние фотонов искажают ширину спектральных линий. Стандартные методы могут завышать массу таких объектов на величину до двух порядков. Модели авторов дают ориентировочно 10⁶–10⁷ масс Солнца. Такая конфигурация может обеспечить очень быстрый, в том числе быстрее теоретического предела Эддингтона рост чёрных дыр и тем самым помочь объяснить, каким образом во Вселенной уже менее чем через миллиард лет после Большого взрыва появились чёрные дыры массой около миллиарда масс Солнца.

Наконец, учёные предполагают, что объект MoM-BH*-1 может быть почти «чистым» примером того же механизма, который порождает множество обнаруженных «Уэббом» «маленьких красных точек», о природе которых астрономы продолжают спорить более двух последних лет.

Источник:

Материалы по теме

Материалы по теме