Загадочные «маленькие красные точки» могут оказаться источниками космических нейтрино

Астрономы продолжают изучать один из самых неожиданных классов объектов, открытых благодаря космическому телескопу James Webb. Речь идёт о так называемых «маленьких красных точках» (Little Red Dots) — чрезвычайно далёких компактных галактиках, существовавших уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва. Несмотря на свои небольшие размеры, некоторые из них обладают необычайно высокой яркостью, происхождение которой до сих пор остаётся предметом активных исследований.

Новая научная работа предлагает ещё одну интересную гипотезу. Если в центре этих объектов действительно скрываются быстро растущие сверхмассивные чёрные дыры, они могут быть мощными источниками нейтрино — почти неуловимых элементарных частиц, которые способны преодолевать миллиарды световых лет практически без взаимодействия с веществом.

Что представляют собой «маленькие красные точки»

После начала работы телескопа James Webb астрономы обнаружили множество очень компактных объектов в далёкой молодой Вселенной.

На снимках они выглядят как небольшие красноватые источники света.

Именно поэтому исследователи дали им неофициальное название Little Red Dots — «маленькие красные точки».

Они существовали менее чем через миллиард лет после рождения Вселенной, когда первые поколения галактик только начинали формироваться.

Почему эти объекты удивили астрономов

Первые наблюдения показали несколько необычных особенностей.

Эти галактики:

• значительно ярче ожидаемого;
• обладают очень компактными размерами;
• имеют необычные спектральные характеристики;
• появились значительно раньше, чем предполагали некоторые модели эволюции галактик.

Именно сочетание этих признаков заставило исследователей искать объяснение их природы.

Возможная роль сверхмассивных чёрных дыр

Одной из наиболее обсуждаемых гипотез является существование в центре этих объектов активно растущих сверхмассивных чёрных дыр.

Когда вещество падает на чёрную дыру, оно не исчезает сразу.

Перед пересечением горизонта событий газ образует раскалённый аккреционный диск.

Температура в нём достигает миллионов градусов.

В результате выделяется огромное количество энергии, благодаря чему ядро галактики становится чрезвычайно ярким.

Именно такой механизм может объяснить необычную светимость некоторых «маленьких красных точек».

Почему чёрную дыру трудно увидеть напрямую

Сама чёрная дыра не излучает свет.

Наблюдаются лишь процессы, происходящие рядом с ней.

Кроме того, молодые галактики могут содержать большое количество газа и пыли.

Эти вещества способны скрывать центральную область от наблюдений в видимом диапазоне.

Поэтому определить природу объекта исключительно по его изображению бывает крайне сложно.

Что такое нейтрино

Если гипотеза исследователей верна, подобные активные галактики могут производить огромное количество нейтрино.

Нейтрино — это элементарные частицы, обладающие очень малой массой и практически не взаимодействующие с обычным веществом.

Их иногда называют «частицами-призраками» или «космическими призраками».

Каждую секунду через тело человека проходят триллионы нейтрино, но большинство из них никак себя не проявляет.

Именно поэтому зарегистрировать такие частицы чрезвычайно сложно.

Как появляются космические нейтрино

В окрестностях активной чёрной дыры происходят процессы ускорения частиц до огромных энергий.

Когда эти частицы сталкиваются между собой или взаимодействуют с окружающим излучением, могут возникать нейтрино очень высокой энергии.

Такие частицы способны покинуть даже самые плотные области вокруг чёрной дыры.

В отличие от света они практически не поглощаются веществом и продолжают путешествие через Вселенную.

Почему нейтрино особенно интересны

Обычный свет может быть поглощён пылью или газом.

Нейтрино почти никогда не сталкиваются с другими частицами.

Благодаря этому они несут информацию о процессах, происходящих в самых труднодоступных областях космоса.

Именно поэтому современная астрофизика рассматривает нейтринную астрономию как одно из наиболее перспективных направлений исследований.

Как их обнаруживают

Из-за крайне слабого взаимодействия нейтрино с веществом обычные телескопы для их регистрации не подходят.

Для этой цели создаются огромные специализированные детекторы.

Наиболее известные из них используют:

• прозрачный лёд;
• глубинные воды океанов;
• большие резервуары с очищенной водой;
• специальные фотодетекторы.

Когда крайне редко происходит взаимодействие нейтрино с атомами вещества, приборы фиксируют возникающее слабое свечение.

По этим сигналам можно определить энергию и примерное направление прилёта частицы.

Почему открытие может оказаться важным

Если «маленькие красные точки» действительно являются источниками нейтрино высокой энергии, это поможет ответить сразу на несколько фундаментальных вопросов.

Учёные смогут лучше понять:

• как быстро росли первые сверхмассивные чёрные дыры;
• как формировались молодые галактики;
• какие процессы происходили в ранней Вселенной;
• откуда приходят самые энергичные нейтрино.

Можно ли проверить гипотезу

Да.

Исследователи рассчитывают совместить данные сразу нескольких типов наблюдений.

Для этого будут использоваться:

• космический телескоп James Webb;
• крупнейшие наземные обсерватории;
• рентгеновские телескопы;
• нейтринные детекторы;
• радиотелескопы.

Если удастся установить совпадение между направлением прихода нейтрино и расположением подобных галактик, гипотеза получит серьёзное подтверждение.

Почему открытие James Webb продолжает менять астрономию

После начала научной работы James Webb неоднократно обнаруживал объекты, существование которых оказалось неожиданным.

«Маленькие красные точки» стали одним из самых обсуждаемых примеров.

Они заставили исследователей пересматривать существующие модели формирования первых галактик и роста сверхмассивных чёрных дыр.

Каждое новое исследование помогает постепенно приблизиться к пониманию их природы.

Что это значит для изучения ранней Вселенной

Если предположение подтвердится, окажется, что уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва существовали чрезвычайно активные галактики с быстро растущими центральными чёрными дырами.

Это означает, что процессы формирования массивных космических структур могли идти значительно быстрее, чем предполагалось ранее.

Кроме того, нейтрино откроют дополнительный способ изучения объектов, которые невозможно исследовать только с помощью обычных телескопов.

Новый взгляд на самые далёкие галактики

Исследование показывает, насколько тесно сегодня связаны разные направления современной астрономии. Для понимания природы далёких объектов уже недостаточно наблюдать только видимый свет — учёные объединяют данные инфракрасных телескопов, радионаблюдений, рентгеновских обсерваторий и нейтринных детекторов.

«Маленькие красные точки» остаются одной из главных загадок ранней Вселенной. Если они действительно скрывают активные сверхмассивные чёрные дыры, испускающие нейтрино высокой энергии, это станет важным шагом к пониманию того, как формировались первые галактики и как столь быстро появились самые массивные чёрные дыры в истории космоса.

Источники:
Статья создана по материалам Space.com