Misteriozne 'male crvene tačke' JWST‑a mogle bi biti prve supermasivne zvezde — uhvaćene pred kolaps

Astronomi su predložili da neke od misterioznih "malih crvenih tačaka" otkrivenih teleskopom James Webb (JWST) možda nisu akretujuće crne rupe, već izuzetno masivne prve zvezde univerzuma koje su uhvaćene neposredno pre kolapsa.

Model i otkriće

Tim sa Harvard–Smithsonian centra za astrofiziku (CfA), na čelu sa Deveshom Nandalom i Avi Loebom, razvio je pojednostavljeni model supermasivnih, metalno-besplatnih zvezda koje bi mogle objasniti karakteristike tih objekata. Rad je objavljen 5. februara u The Astrophysical Journal.

Kakve su te "male crvene tačke"?

Male crvene tačke su kompaktni, vrlo sjajni izvori svetlosti koji su viđeni u prvoj dve milijarde godina posle Velikog praska. Prvobitna interpretacija je bila da se radi o aktivnim galaktičkim jezgrima (AGN) — malim, prašnjavim galaksijama sa crnim rupama koje intenzivno akreiraju materiju. Međutim, ti objekti su manji nego što se očekuje za tipične galaksije, ne pokazuju jasne X-zrake i u njihovim spektrima nedostaju jake metalne linije iznad vodonika i helijuma.

Supermasivne Populacije III zvezde kao alternativa

Autori su testirali model supermasivne Populacije III zvezde — zvezde izgrađene gotovo isključivo od vodonika i helijuma — sa masom blizu milion masa Sunca. Takva zvezda prirodno bi imala ekstreman sjaj i spektralne osobine slične onima kod nekih detektovanih tačaka, uključujući objekte nazvane MoM-BH*-1 i The Cliff, koji su uočeni oko 650 miliona, odnosno 1,8 milijardi godina posle Velikog praska.

An illustration of a supermassive star in the early universe. | Credit: James Webb Space Telescope (background), Nandal et al. (boxout)

Objašnjenje 'V-oblika' u spektru

Jedna od prepoznatljivih karakteristika je 'V-oblik' pada u spektru koji su neki tumačili kao posledicu apsorpcije prašine. Tim iz CfA predlaže da isti efekat može nastati u atmosferskom sloju supermasivne zvezde ili u kompaktnoj, odvojeno izbačenoj školjci gasa oko zvezde. Mogući mehanizmi su pulsacije ili masovni izbačaji, ali njihov tačan opis još nije završen.

Ograničenja i alternative

Glavni izazov za model supermasivnih zvezda je njihov vrlo kratak životni vek: zvezda od ~1.000.000 masa Sunca sijala bi samo ~10.000 godina, dok manje supermasivne zvezde (10.000–100.000 masa Sunca) mogu trajati do ~1.000.000 godina. To otežava objašnjenje velikog broja uočenih malih crvenih tačaka — procenjuje se nekoliko stotina takvih izvora.

Alternativno objašnjenje ostaje akretujuća crna rupa, uključujući scenarije direktnog kolapsa gasa. Akretujuće crne rupe bi mogle emitovati X-zrake i pokazivati svetlosnu varijabilnost, dok bi supermasivne zvezde emitovale relativno stabilno svetlo.

Kako razrešiti dilemu

Ključne opservacije koje mogu razlučiti modele su:

• detekcija ili odsustvo X-zračenja — jaka X-zračna aktivnost bi favorizovala AGN interpretaciju,
• osetljiva radio-posmatranja (npr. SKA, ngVLA) — radio-talasi bi mogli proći kroz gustu prašinu i otkriti skrivena akretujuća jezgra,
• detalna spektroskopija hemijskog sastava — obilje azota bi ukazivalo na uticaj supermasivnih Pop III zvezda, dok bi jake linije neona više odgovarale AGN scenariju,
• praćenje varijabilnosti sjaja — fluktuacije bi snažno podržale prisustvo akretujućih crnih rupa.

"Ako su ove tačke bez X-zraka i bez metalnih linija, a supermasivne zvezde su moguće, onda takve zvezde prirodno proizvode osobine koje vidimo", rekao je Devesh Nandal.

Zaključak je da supermasivne prvobitne zvezde predstavljaju verodostojnu i intrigantnu alternativu tumačenju malih crvenih tačaka — ali presudne odgovore očekujemo od budućih X-zračnih, radio i spektroskopskih posmatranja.