Астрономы обнаружили сверхплотный газ в галактиках Little Red Dots на заре Вселенной

Астрономы представили результаты глубокой спектроскопии двух компактных галактик, известных как Little Red Dots (LRD). Эти объекты, наблюдаемые на красных смещениях 6.68 и 8.35, относятся к ранней Вселенной, когда её возраст составлял менее миллиарда лет. Исследование выполнено с помощью спектрографов NIRSpec G140M и G395M, установленных на космической обсерватории James Webb.

В обеих галактиках обнаружены широкие эмиссионные линии водорода H? и запрещённой линии [O III] ?4364. Ширина линии [O III] составила около 1000 км/с, что примерно в три раза уже, чем у H?. Авторы предполагают, что температура газа в этих областях достигает 15 000–25 000 K. Используя отношение интенсивностей линий [O III] ?4364 и ?5008, они оценили плотность газа: логарифм концентрации составил от 6,3 до 7,9 см??. Это в 3–10 раз превышает типичные значения для областей широких линий в низкокрасных квазарах.

Узкие линии, такие как C III] ?1907+1909 и O III] ?1661,1666, напротив, указывают на гораздо более разреженный газ с логарифмом плотности 4,2–5,2 см??. Такие значения характерны для обычных звездоформирующих галактик. Таким образом, газовые оболочки LRD неоднородны: в них соседствуют плотные облака, движущиеся с высокими скоростями, и разреженная межоблачная среда.

Эквивалентные ширины линий O III] и C III] оказались на пределе или выше ожидаемых для населения звёзд. Это говорит о том, что одного звёздного излучения недостаточно для объяснения наблюдаемой картины. Отношение [O III] ?4364/H? также указывает на то, что основным источником ионизации служит аккреционный диск вокруг сверхмассивной чёрной дыры, возможно, в сочетании со звёздным компонентом.

Дополнительно в спектрах обнаружены линии N III] ?1746 и N IV] ?1486, свидетельствующие об обогащении азотом. По мнению авторов, это может быть следствием быстрого, недавнего звездообразования, которое происходило в этих галактиках.

В совокупности результаты подтверждают сценарий, согласно которому газовые оболочки Little Red Dots имеют сложную, стратифицированную структуру: плотные облака с ненулевым фактором покрытия соседствуют с более разреженным газом. Излучение аккреционного диска и звёздных областей совместно формирует наблюдаемые эмиссионные линии. Полный текст работы доступен на arXiv.