Naukowcy rozwiązali zagadkę „małych czerwonych kropek” uchwyconych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA.

W badaniu opublikowanym w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, autorzy Fabio Pacucci i Abraham (Avi) Loeb z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian zaproponowali nowe wyjaśnienie niektórych z najbardziej zagadkowych wczesnych galaktyk we Wszechświecie, znanych jako „małe czerwone kropki”. Sugerują oni, że galaktyki te są efektem halo bardzo wolno rotującej ciemnej materii, niezwykle rzadkiej struktury kosmicznej.

Te słabe, zwarte obiekty, odkryte na zdjęciach głębokiego kosmosu za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) , zakwestionowały naukowe rozumienie tego, w jaki sposób powstały galaktyki i czarne dziury we wczesnym wszechświecie.

Galaktyki te były widoczne głównie wtedy, gdy Wszechświat miał zaledwie miliard lat, ale prawdopodobnie powstały znacznie wcześniej, według Pacucciego, w epoce znanej jako kosmiczny świt. Pomimo tego, że mają około jedną dziesiątą rozmiaru typowych galaktyk, obserwacje astronomiczne wykazują niezwykłą jasność. Astronomowie uważają, że ich uderzająco czerwony kolor sugeruje, że są one pokryte pyłem lub wypełnione starszymi gwiazdami.

Przez lata astronomowie debatowali nad tym, czy światło, które obserwujemy z tych obiektów, pochodzi od gwiazd czy też centralnych supermasywnych czarnych dziur.

„Te małe czerwone kropki to odległe, bardzo zwarte, czerwone galaktyki, które pozostały całkowicie niezauważone przed Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba” – powiedział Pacucci w oświadczeniu. Można śmiało powiedzieć, że są to jak dotąd najbardziej zaskakujące odkrycia JWST. Nasze badania pokazują, że mogły one powstawać naturalnie w halo ciemnej materii o bardzo niskim spinie.

„To fundamentalna zagadka” – powiedział Pacucci. „Jeśli zawierają czarne dziury, są ogromne jak na tak małe galaktyki. Ale jeśli zawierają tylko gwiazdy, galaktyki są zbyt zwarte, aby pomieścić je wszystkie, osiągając niewyobrażalne gęstości gwiazd w centrum”. Zamiast skupiać się na energii zasilającej jasne plamy, Pacucci i Loeb obrali inne podejście: zbadali, jak te obiekty w ogóle mogły powstać.

Halo ciemnej materii to niewidzialne, obracające się rusztowanie, wokół którego formują się galaktyki. W swojej pracy autorzy pokazują, że jasne plamy tworzą się w halo w najniższym 1% rozkładu spinów . Innymi słowy, 99% halo wiruje szybciej niż te. Te halo o niskim spinie naturalnie tworzyłyby niezwykle zwarte galaktyki. Podobnie jak huśtawki na wesołym miasteczku, im szybciej wiruje halo, tym bardziej się rozciąga, powodując ekspansję galaktyki formującej się w jego centrum; podobnie, powolny spin, czyli obrót, sprawia, że ​​promień wahań jest mniejszy.

Hipoteza ta wyjaśnia również, dlaczego jasne punkty są stosunkowo rzadkie : stanowią one zaledwie 1% liczebności typowych galaktyk, ale są powszechniejsze niż kwazary, czyli niezwykle jasne supermasywne czarne dziury świecące w centrach niektórych galaktyk.

Pomaga to również wyjaśnić, dlaczego jasne punkty obserwowane są tylko przez krótki okres miliardów lat we wczesnym Wszechświecie. Wraz z ewolucją Wszechświata halo ciemnej materii stają się większe i uzyskują większy moment pędu, co utrudnia powstawanie zwartych galaktyk o niskim spinie .

„Halo ciemnej materii charakteryzuje się prędkością obrotową: niektóre wirują bardzo wolno, podczas gdy inne wirują szybciej” – powiedział Loeb. „Pokazujemy, że jeśli założymy, że małe czerwone kropki znajdują się zazwyczaj w pierwszym percentylu rozkładu spinów halo ciemnej materii, wszystkie ich właściwości obserwacyjne zostaną wyjaśnione ”.

Chociaż w artykule nie poruszono kwestii, czy małe czerwone kropki są napędzane przez gwiazdy czy czarne dziury, sugeruje się, że są to idealne środowiska do szybkiego wzrostu gwiazd lub czarnych dziur: „Halo o niskim spinie ma tendencję do gromadzenia masy w centrum, co ułatwia akrecję materii przez czarne dziury lub szybkie formowanie się gwiazd” – podsumował Pacucci.