Ультрафиолетовое разнообразие «маленьких красных точек» указало на возраст чёрных дыр

Международная группа астрофизиков представила результаты моделирования, объясняющие разнообразие ультрафиолетового излучения загадочных объектов, известных как «маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRDs). Эти компактные галактики на больших красных смещениях были обнаружены телескопом «Джеймс Уэбб» и считаются кандидатами на роль хозяев чёрных дыр прямого коллапса (DCBHs).

Исследователи использовали крупномасштабные космологические гидродинамические симуляции из проекта MELIORA. Они сосредоточились на галактиках с красным смещением z > 8,5, что соответствует первым сотням миллионов лет после Большого взрыва. В симуляции учитывался вклад звёзд населения III и аккрецирующих чёрных дыр прямого коллапса.

Оказалось, что ультрафиолетовое излучение host-галактики быстро меняется в течение первых 30 миллионов лет после формирования чёрной дыры. Вначале система полностью доминируется чёрной дырой: масса звёзд ничтожна, металличность низка, темп аккреции высок. По мере развития начинается интенсивное звездообразование, которое увеличивает УФ-светимость и обогащает газ металлами.

Примерно через 30 миллионов лет звёздный континуум начинает подавлять вклад аккрецирующей чёрной дыры. Это приводит к тому, что галактики становятся более голубыми по цвету и имеют более протяжённое звёздное распределение. Таким образом, УФ-яркие «маленькие красные точки» скорее всего содержат более старые чёрные дыры прямого коллапса, обладают более высокой металличностью и меньшим отношением массы чёрной дыры к звёздной массе.

Авторы подчёркивают, что фаза LRD является короткоживущей, что накладывает ограничения на время их появления в космической истории. Полученные результаты указывают на то, что по вкладу host-галактики в УФ-оптический спектр можно оценить возраст чёрной дыры. Это подтверждает гипотезу о том, что эволюционная последовательность чёрных дыр прямого коллапса систематически отражается в свойствах эмиссионных линий, металличности газа и аккреционном состоянии.

Работа опубликована в репозитории препринтов arXiv и предоставляет новый инструмент для интерпретации наблюдений «Джеймса Уэбба» в ранней Вселенной.