Почти в каждом глубоком снимке молодой Вселенной космический телескоп Джеймс Уэбб находит компактные красные источники. Астрономы заметили их вскоре после начала научных наблюдений в 2022 году и назвали маленькими красными точками, или LRD. За четыре года загадка только усложнилась: красные точки часто встречаются в первые 1,5 млрд лет после Большого взрыва, но почти исчезают в более поздней Вселенной. Сейчас всё больше наблюдений связывает их с молодыми чёрными дырами, которые быстро набирают массу внутри плотных оболочек из горячего газа.
Название «маленькие красные точки» описывает прежде всего компактный вид источников на изображениях, а не их реальные размеры. Каждый объект занимает область как минимум в 100 тысяч раз крупнее Солнца. Телескоп Джеймс Уэбб обнаруживает LRD практически во всех достаточно глубоких обзорах ранней Вселенной. Астрономам нужно объяснить сразу несколько особенностей: огромную распространённость красных точек в молодом космосе, необычный спектр их излучения и почти полное отсутствие похожих объектов вокруг современных галактик.
Одна из ведущих гипотез связывает LRD с так называемыми black hole stars — чёрными дырами в газовых звездоподобных оболочках. Центральная чёрная дыра активно поглощает вещество, а окружающий её плотный ионизованный газ нагревается и излучает огромное количество энергии. Издалека вся система напоминает очень яркую звезду, хотя основной источник энергии находится не внутри обычного звёздного ядра, а возле чёрной дыры.
Красный цвет возникает, когда излучение из центральной области проходит через толстые слои газа. Оболочка поглощает и перерабатывает часть энергии, поэтому наблюдаемый спектр сильно отличается от спектра открытой активной чёрной дыры. Современные модели описывают LRD как активные галактические ядра, погружённые в очень плотную газовую среду. Температура излучающей оболочки у многих изученных объектов составляет около 5000 К, хотя встречаются и более холодные варианты примерно до 2000 К.
Подобная картина хорошо вписывается в эпоху быстрого роста первых массивных чёрных дыр. Уже в молодой Вселенной существовали объекты с массой в миллионы и миллиарды Солнц, и происхождение настолько тяжёлых чёрных дыр долго остаётся одной из главных проблем ранней космологии. Обычная чёрная дыра звёздной массы должна очень быстро поглощать вещество, чтобы за несколько сотен миллионов лет превратиться в гиганта. Плотная газовая оболочка вокруг массивного зародыша предлагает другой путь: запас вещества находится непосредственно возле чёрной дыры и может длительное время поддерживать быстрый рост.
Красная точка при этом не существует отдельно от галактики. Центральный источник находится внутри молодой звёздной системы, но способен светить значительно ярче окружающих звёзд. Телескоп регистрирует прежде всего излучение газовой оболочки, а сама галактика теряется на его фоне. Анализ одного из наиболее подробно изученных объектов показывает, что центральный источник может давать почти весь наблюдаемый свет, оставляя лишь небольшую долю излучения галактике-хозяину.
Гипотеза объясняет и исчезновение красных точек в более поздние эпохи. Чёрная дыра постепенно расходует окружающий запас газа. Часть вещества падает внутрь, часть уносит из центральной области излучение и другие процессы возле активного ядра. Когда плотная оболочка рассеивается, характерный красный спектр пропадает. Чёрная дыра остаётся в центре растущей галактики, но прежнюю короткую фазу развития по современным наблюдениям уже трудно узнать.
Особенно важным примером стал объект MoM-BH*-1. Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил его на снимках 2023 года, а подробный анализ опубликован 13 августа 2026 года в Nature. Свет от MoM-BH*-1 отправился к нам примерно через 660 млн лет после Большого взрыва. Объект относится к самым ранним известным системам, у которых наблюдения можно подробно сопоставить с моделью чёрной дыры внутри плотного газового кокона.
Главную подсказку дал спектр MoM-BH*-1. Астрономы обнаружили чрезвычайно сильный бальмеровский скачок. Так называют резкое изменение интенсивности спектра возле границы, связанной с поглощением света атомами водорода. Электрон в атоме водорода может находиться только на определённых энергетических уровнях. Если фотон обладает достаточной энергией, он выбивает электрон с нужного уровня из атома. Поэтому водород поглощает фотоны по-разному по обе стороны определённой длины волны, а в спектре появляется заметный перепад.
Сила бальмеровского скачка зависит от физических условий вокруг источника. У MoM-BH*-1 перепад оказался одним из самых выраженных среди объектов, известных на любых красных смещениях. Одновременно спектр содержит широкую многокомпонентную линию Hβ и признаки поглощения нескольких бальмеровских линий. Набор особенностей указывает на чрезвычайно плотный и турбулентный водородный газ возле мощного источника излучения.
Турбулентность здесь означает хаотичное движение газа с большими скоростями. Вещество возле чёрной дыры не образует спокойную однородную оболочку. Газ непрерывно движется, сталкивается, нагревается и меняет степень ионизации. Плотность достигает значений, при которых привычные упрощённые модели активных галактических ядер уже плохо описывают спектр. Излучение центральной области многократно взаимодействует с веществом прежде, чем покинуть систему.
Модель MoM-BH*-1 обходится без толстого слоя космической пыли, которым раньше часто пытались объяснить красный цвет LRD. Исследователи воспроизвели спектр с помощью очень плотной газовой оболочки, практически свободной от пыли. Разница важна для оценки массы центральной чёрной дыры. Если при расчётах ошибочно считать сильное покраснение следствием пыли и затем вносить большую поправку на поглощение света, массу чёрной дыры можно завысить на порядки.
Наблюдения большой выборки LRD усилили аргументы в пользу газовой модели. Спектры 116 маленьких красных точек, найденных на красных смещениях от 2,3 до 9,3, хорошо описываются излучением плотных газовых оболочек. Сила бальмеровского скачка связана с характеристиками линий водорода Hα и Hβ, а также с линиями кислорода. Связь указывает на общий источник энергии для значительной части оптического излучения и водородных линий.
При этом спор о природе маленьких красных точек не закрыт. Другие модели тоже связывают их с растущими чёрными дырами, но предлагают иной механизм возникновения. В одной из работ 2026 года спектры LRD воспроизвели с помощью чёрных дыр прямого коллапса. В подобном сценарии массивная чёрная дыра рождается не после обычной эволюции звезды, а при быстром коллапсе огромного газового облака. Плотный аккреционный поток вокруг неё сам создаёт поглощающий слой и перерабатывает высокоэнергетическое излучение в ультрафиолетовый, оптический и инфракрасный диапазоны.
Другая возможная цепочка начинается со сверхмассивных звёзд ранней Вселенной. Масса одной такой звезды могла достигать десятков тысяч солнечных масс. Столь тяжёлые объекты могли возникать в чрезвычайно плотных молодых звёздных скоплениях, где столкновения происходили гораздо чаще, чем в современных окрестностях Солнца. Несколько звёзд последовательно сливались, получившийся объект становился тяжелее и увеличивал вероятность следующего столкновения.
Подходящие условия могли существовать в молодых предшественниках шаровых звёздных скоплений. Сейчас шаровые скопления содержат сотни тысяч или миллионы старых звёзд, тесно связанных взаимным притяжением. Некоторые особенности их строения и химического состава трудно получить в простых моделях, где все звёзды рождаются независимо и затем спокойно эволюционируют. Серия ранних столкновений могла одновременно изменить само скопление и создать сверхмассивную звезду в его центре.
После накопления десятков тысяч солнечных масс сверхмассивная звезда могла коллапсировать в тяжёлую чёрную дыру. Молодая Вселенная содержала гораздо больше холодного газа, чем современные галактики, поэтому новый объект сразу получал богатый источник вещества. Быстрое поглощение газа создавало вокруг чёрной дыры плотную горячую оболочку. На определённом этапе телескоп Джеймс Уэбб мог бы зарегистрировать такую систему именно как маленькую красную точку.
Проверить всю цепочку помогут новые спектры LRD. Телескоп Джеймс Уэбб позволяет измерять бальмеровский скачок, линии водорода и другие признаки плотного газа у всё большего числа древних объектов. Радиотелескопы следующего поколения смогут независимо искать следы аккреции и активности центральных чёрных дыр. Совпадение нескольких методов позволит выяснить, действительно ли многочисленные красные точки показывают одну из ранних стадий роста будущих сверхмассивных чёрных дыр.