«Джеймс Уэбб» собирали ради одной картинки — самых первых галактик. Он их нашёл, вопрос закрыт. Но в детских фотографиях Вселенной проявился сюрприз, которого в сценариях не было: крошечные, насыщенно-красные точки. Спектры намекают, что внутри многих сидят сверхмассивные чёрные дыры — и выросли они, судя по всему, слишком быстро для своего возраста. Вписать такое в существующие модели ранней Вселенной не получается, и спор вокруг находки только разгорается.
Первые little red dots (LRD) астрономы разглядели на снимках далёкой Вселенной от «Джеймса Уэбба». Вид у них до обманчивого простого: компактная точка насыщенного красного цвета. Никаких деталей, никакой структуры — просто цвет. А красный в инфракрасной астрономии — цвет многозначный. Это либо экстремальная дальность (свет растянуло расширением Вселенной), либо плотная пыль, съевшая синюю часть спектра. Спектры LRD указывают на древность этих объектов, вот только светятся они странно: не как звёздные популяции и не как классические квазары. Главная улика для части исследователей — широкие линии водорода в спектрах. Так обычно светит газ на подлёте к чёрной дыре. И вот что любопытно: аналогов у этих объектов в близкой Вселенной нет вовсе. Возможно, мы поймали исчезнувший этап жизни галактик — тот, о котором телескопы прошлого поколения даже не подозревали.
На бумаге проблема звучит сухо, по сути же это тупик для расчётов. По стандартной схеме семенами сверхмассивных чёрных дыр служат остатки первых звёзд — массы в десятки и сотни солнечных. Дальше семя растёт, глотая газ, но темп жёстко ограничен эддигтоновским пределом: жадничаешь — и излучение диска само сдувает топливо, останавливая рост. Даже питаясь на пределе и не делая перерывов, путь от стосолнечной «семечки» до миллиардов солнечных масс займёт около миллиарда лет. А «Уэбб» и наземные телескопы видят квазары такого калибра уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва — там, где по расчётам дыры должны были только-только разгоняться. Хуже того: по некоторым оценкам, в отдельных ранних галактиках доля чёрной дыры в массе системы может быть заметно выше, чем в зрелом космосе, где на неё обычно приходится лишь несколько процентов. Если эти оценки верны, дыры обгоняли собственные галактики — и вся совместная эволюция, на которой держатся модели, в такой картине не сходится.
Согласовать факты пытаются кто как может. Лагерь первый: сверхэддингтоновская аккреция. Дыра ест в разы быстрее «разрешённого», если газ падает тонким диском, а излучение уходит в стороны. Красиво, но обжорный режим должен длиться почти без пауз. Второй вариант — «семена прямого коллапса»: гигантские облака первородного газа не распадаются на звёзды, а целиком проваливаются в дыру, сразу получая массу в десятки и сотни тысяч солнечных. Стартовый капитал внушительный — правда, условия для такой сделки считаются редкими. Третий — «тёмные звёзды», которые раздувает аннигиляция тёмной материи. Сверхгигант дорастает до миллиона солнечных масс и схлопывается в массивное семя; загвоздка в том, что сигнатура такой звезды почти неотличима от холодной пылевой галактики. Четвёртый лагерь вообще сомневается, что во всех LRD прячутся дыры: часть точек может оказаться плотными пылевыми галактиками со вспышкой звездообразования или сверхплотными звёздными скоплениями. Есть и гибрид — «звезда из чёрной дыры»: аккрецирующий объект в толстой газовой шубе, которая и перекрашивает спектр. Единого мнения о природе LRD в научном сообществе нет. И это, как ни странно, отличная новость: наблюдения обогнали теорию, модели ломаются о живые данные и проверяемые предсказания. Так и выглядит наука на фронтире — а не витрина готовых ответов.
В консорциуме «Джеймса Уэбба» российских институтов нет. Но у темы растущих чёрных дыр в стране есть собственная инфраструктура. Главный инструмент — орбитальная обсерватория «Спектр-РГ», запущенная в 2019 году: на борту российский телескоп ART-XC и немецкий eROSITA. Её обзоры дали каталоги из миллионов рентгеновских источников, и значительная их часть — активные ядра галактик. То есть те же чёрные дыры в фазе роста, только уже в зрелом космосе. Данными занимается Институт космических исследований РАН с партнёрами. Ограничения назовём честно: обсерватории класса «Уэбба» в стране нет, а флагманский проект «Миллиметрон» («Спектр-М») — субмиллиметровая обсерватория, которая в принципе могла бы заглянуть в ту же эпоху, — годами застрял в стадии разработки. Поэтому российские группы сосредоточились на анализе открытых архивов миссий NASA и ESA и на теоретических моделях аккреции и «семян» чёрных дыр. Для спора о красных точках это не пустяк: решаться он будет в первую очередь расчётами и новыми наблюдениями, а тут барьеры пониже, чем в приборостроении.
Маленькие красные точки — вовсе не «опровержение Большого взрыва», каким его обещают громкие заголовки. Это честный разрыв между тем, что мы видим, и тем, что умеем считать. Либо чёрные дыры ранней Вселенной росли быстрее эддингтоновского предела, либо рождались сразу огромными, либо LRD — вовсе не дыры. Все три сценария проверяемы: будущие обзоры «Уэбба», рентгеновские каталоги «Спектра-РГ» и новые наземные телескопы покажут, чьи спектры сойдутся, а чьи гипотезы отправятся в архив. А пока каждая красная точка на глубоком снимке — напоминание: первые сотни миллионов лет мироздания мы знаем хуже, чем его сегодняшний день. Редко бывало настолько интересно это исправлять.