Новое исследование предлагает возможное объяснение загадке Маленьких Красных Точек — интригующих явлений, обнаруженных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Исследователи предполагают, что эти объекты не просто исчезли в ранней Вселенной, а эволюционировали в шаровые скопления — обширные плотные скопления звезд, подобные тем, что находятся в Млечном Пути.
Теория устанавливает аналогию с эволюцией земных динозавров: так же как многие динозавры не вымерли, а дали начало современным птицам, Маленькие Красные Точки могли выжить, превратившись в структуры, сохранившиеся во вселенной современности.
Маленькие Красные Точки привлекли внимание астрономов в 2022 году, когда Джеймс Уэбб начал обнаруживать их в большом количестве на стадии, соответствующей примерно 600 миллионам лет после Большого взрыва. Тайна заключается в том, что эти тела, по-видимому, исчезают до того, как Вселенная достигнет примерно двух миллиардов лет.
Было выдвинуто несколько теорий об их природе, включая возможность того, что это «звезды черных дыр», то есть черные дыры, окруженные обширными облаками газа и пыли. Однако текущее исследование указывает на другой путь: эти объекты могут быть шаровыми скоплениями на стадии формирования, имеющими сверхмассивную звезду в своем ядре.
Этот гипотетический тип звезды имел бы массу от тысячи до десяти тысяч масс Солнца и очень короткий срок жизни, но был бы способен создать внешний вид, схожий с Маленькими Красными Точками, наблюдаемыми телескопом. Джон Чизхолм, руководитель исследования из Техасского университета в Остине (США), заявил, что эти объекты могут быть не просто новой странной популяцией JWST, не связанной с современной вселенной, а могут существовать за пределами ранней вселенной, эволюционируя во что-то более известное.
Чизхолм добавил, что Маленькие Красные Точки могут быть галактиками, содержащими черные дыры или представлять нечто еще более неожиданное, и что их работа показывает, что формирование шаровых скоплений со сверхмассивными звездами должно быть учтено в этих дебатах.
Шаровые скопления обычно расположены в крупных галактиках и способны концентрировать миллионы древних звезд в чрезвычайно компактных областях. Например, в Млечном Пути находится не менее 150 таких скоплений. Хотя они хорошо изучены, их происхождение остается предметом научных дискуссий.
Даниэль Берг, также из Техасского университета в Остине, отметила, что астрономы обычно наблюдают эти скопления через миллиарды лет эволюции. Она объяснила, что к этому моменту их массивные звезды уже погасли, газ рассеялся, а динамические процессы изменили их массы и структуры, что затрудняет реконструкцию начальных условий их формирования.
Ученые полагают, что звезды внутри шаровых скоплений сформировались примерно в одно и то же время, в ранних стадиях Вселенной, когда космос в основном состоял из водорода, гелия и небольшого количества более тяжелых элементов, которые астрономы называют металлами.
Однако многие из этих звезд демонстрируют своеобразный химический состав. Они имеют высокое содержание гелия и таких элементов, как азот, натрий и алюминий, при этом показывают более низкие уровни углерода, кислорода и магния, чем ожидалось. Майк Бойлан-Колчин, член команды, указал, что этот химический след указывает на экстремальные условия ядерного синтеза.
Он уточнил, что этот особый паттерн сигнализирует о ядерном синтезе при температурах, намного превышающих те, что встречаются в ядрах обычных, даже массивных звезд. Сверхмассивная звезда — это именно тот тип среды, способный создать эту химическую комбинацию.
Согласно модели, предложенной исследователями, эти сверхмассивные звезды возникали в средах чрезвычайно высокой плотности во время формирования первых шаровых скоплений, где часто происходили звездные столкновения и слияния. Несмотря на свой колоссальный размер, их срок службы составлял всего около миллиона лет, ничтожный период по сравнению с 4,6 миллиардами лет жизни Солнца.
Даже при таком коротком существовании эти звезды были способны производить химические элементы, необходимые для обоснования состава, наблюдаемого в шаровых скоплениях. После смерти в сверхновых взрывах эти элементы высвобождались в космос, будучи использованными для создания новых поколений звезд.
Чизхолм заключил, что это также объясняет исчезновение Маленьких Красных Точек. Согласно их модели, сверхмассивная звезда, которая заставляет объект выглядеть как Маленькая Красная Точка, живет недолго; после ее смерти объект может перестать напоминать Маленькую Красную Точку, даже если само скопление сохраняется миллиарды лет.
Помимо химического анализа, команда выявила другие признаки, связывающие Маленькие Красные Точки с шаровыми скоплениями. Распределение этих объектов в ранней Вселенной отражает распределение, наблюдаемое в настоящее время в шаровых скоплениях. Модели эволюции также предполагают, что оценочные массы Маленьких Красных Точек могут естественным образом развиться до масс существующих сегодня шаровых скоплений.
Дополнительным важным фактором является момент возникновения: Маленькие Красные Точки появляются примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва, что совпадает с оценками начала формирования шаровых скоплений. Несмотря на доказательства, исследователи предупреждают, что гипотеза еще не имеет окончательного подтверждения. Бойлан-Колчин заявил, что, хотя нет окончательных доказательств того, что Маленькие Красные Точки являются шаровыми скоплениями, эта идея объяснила бы несколько удивительных и различных наблюдений. Исследование находится в предварительной версии в научном репозитории arXiv, что означает, что его результаты еще не прошли процесс рецензирования.
Исследование, проведенное с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, привлекло внимание научного сообщества к двум весьма различным мирам — Плутону и Титану. Оба объекта демонстрируют один и тот же загадочный инфракрасный сигнал, который указывает на наличие еще не объясненной химии.
Несмотря на очевидные различия — Титан, спутник Сатурна, обладает плотной атмосферой, морями жидкого метана и дюнами из органических частиц, тогда как карликовая планета представляет собой крайне холодную среду с тонким атмосферным слоем, — наблюдения Джеймса Уэбба показали идентичное поглощение света в определенном инфракрасном диапазоне у обоих тел. Этот результат намекает на присутствие неизвестного соединения.
Бруно Безар, планетолог из Парижской обсерватории и руководитель исследования, отметил, что ситуация «довольно загадочна, мы не можем сказать, что это такое». Первоначальная зацепка появилась при анализе данных Титана, собранных телескопом в 2022 году, где исследователи использовали спектроскопию для идентификации материалов по способу поглощения ими света. Однако обнаруженный паттерн не соответствует ни одному из каталогизированных соединений.
Чтобы исключить погрешности оборудования, ученые сравнили данные, полученные с помощью инструментов NIRSpec и MIRI, установленных на Джеймсе Уэббе. Оба инструмента зафиксировали одинаковую характеристику, что подтвердило, что сигнал не является ошибкой измерения. Затем команда проанализировала данные Плутона, полученные в 2023 году, и вновь обнаружила тот же паттерн. Одна из выдвинутых гипотез связана с алкенами — семейством углеводородов, демонстрирующих схожее поведение в наблюдаемом инфракрасном диапазоне.
Считается, что данное соединение может возникать в результате химических процессов, включающих азот и метан. Под воздействием ультрафиолетового излучения эти элементы способны генерировать более сложные органические молекулы, которые затем достигают поверхности. Основные признаки этой гипотезы включают появление сигнала на поверхности Титана, уменьшение его интенсивности по краям наблюдений, тот факт, что атмосфера Плутона сама по себе не объясняет явление, а также отсутствие такой характеристики у Ганимеда.
Новые наблюдения с Джеймса Уэбба помогут ученым картировать распределение этого сигнала на Титане и выяснить, связано ли оно с конкретными областями, например, с зонами больших органических дюн. Миссия NASA Dragonfly также может внести вклад в это изучение; этот аппарат, запланированный к прибытию на Титан в 2030-х годах, будет оснащен приборами, способными непосредственно анализировать молекулы на поверхности.
По словам Бруно Безара, исследование потенциально может раскрыть механизмы развития сложных химических процессов в различных мирах Солнечной системы.
