Учёные обнаружили в ранней Вселенной объект, который не укладывается в привычное разделение на звёзды и активные чёрные дыры. MoM-BH*-1 выглядит как одна из так называемых маленьких красных точек, но его спектр одновременно напоминает звезду и источник, питаемый чёрной дырой.

Объект существовал примерно через 660 млн лет после Большого взрыва. Его изучили с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», а полученные данные позволили предложить новый тип астрофизических источников — «звёзды-чёрные дыры».

Внутри скрывается чёрная дыра

В центре MoM-BH*-1 находится активно поглощающая вещество чёрная дыра, а вокруг неё располагается чрезвычайно плотная почти сферическая оболочка из газа.

Размер оболочки оценивается примерно в 10–100 астрономических единиц. Одна такая единица соответствует среднему расстоянию от Земли до Солнца, поэтому вся структура по масштабу сопоставима с Солнечной системой.

При этом речь не идёт о гигантской обычной звезде. Светимость объекта примерно в 100 млрд раз превышает уровень, который могла бы обеспечить даже очень яркая звезда за счёт термоядерных реакций.

Энергию создаёт вещество, падающее к центральной чёрной дыре. Газ разогревается и выделяет огромную мощность, но наружу излучение выходит уже после взаимодействия с окружающей плотной оболочкой.

Спектр оказался похож на невозможную звезду

Именно окружающий газ сделал находку особенно необычной.

В спектре обнаружили выраженный Бальмеровский скачок — особенность, характерную для звёздных атмосфер. У обычного газопылевого облака вокруг активной чёрной дыры такой картины ожидать было бы сложно.

Дополнительную интригу создаёт химический состав. В спектре заметны водород и гелий, но практически нет признаков более тяжёлых элементов.

Моделирование показало, что наблюдаемую картину можно воспроизвести, если поместить чёрную дыру внутрь очень плотной водородной оболочки. В наиболее подходящем варианте плотность газа достигает около 10¹¹ частиц на кубический сантиметр, а характерная скорость турбулентных движений составляет примерно 500 км/с.

Газ настолько непрозрачен, что внешняя часть оболочки начинает работать почти как фотосфера обычной звезды. Поэтому один объект одновременно демонстрирует признаки двух разных классов источников.

Массу чёрной дыры определить сложно

Обычно массу активной чёрной дыры оценивают по ширине спектральных линий и скорости движения вещества вокруг неё. Для MoM-BH*-1 этот способ может давать большую ошибку.

Фотоны много раз рассеиваются в плотном газе, поэтому линии становятся шире и создают впечатление более массивного центрального объекта. Стандартный расчёт в подобных условиях способен завысить массу вплоть до двух порядков.

Модели дают более осторожную оценку — примерно от одного до десяти миллионов масс Солнца.

Даже нижняя граница впечатляет с учётом возраста объекта. Вселенной было меньше 700 млн лет, а чёрная дыра уже успела набрать массу, сравнимую с ядрами гораздо более зрелых галактик.

Находка может объяснить быстрый рост чёрных дыр

Астрономов давно интересует, как вскоре после Большого взрыва появились чёрные дыры с массами в сотни миллионов и миллиарды Солнц.

При обычном сценарии им может не хватать времени для такого роста. Скорость поглощения вещества ограничивается давлением собственного излучения: чем ярче становится аккреционный поток, тем сильнее он мешает новому газу падать внутрь.

Плотная оболочка «звезды-чёрной дыры» способна изменить этот процесс. В таких условиях центральный объект потенциально может расти быстрее стандартного предела и за сравнительно короткий срок стать сверхмассивной чёрной дырой.

MoM-BH*-1 относится к маленьким красным точкам, которые «Джеймс Уэбб» начал массово обнаруживать в далёких галактиках. Их природа пока остаётся предметом споров.

Новая находка особенно удобна для изучения: её излучение почти полностью превосходит свет окружающей галактики. Если модель подтвердится на других объектах, часть загадочных красных точек может оказаться той же стадией развития ранних чёрных дыр.

Тогда MoM-BH*-1 поможет объяснить не только один необычный спектр, но и происхождение первых сверхмассивных чёрных дыр, появившихся во Вселенной намного раньше, чем ожидали простые модели их роста.