Снимки «Джеймса Уэбба» принесли астрономам загадку, которую не получалось решить с ходу. В 2022 году телескоп зафиксировал в ранней Вселенной — всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва — странные объекты: маленькие, невероятно яркие, излучающие причудливую смесь красного и ультрафиолетового света. Их так и назвали — «маленькие красные точки». Это открытие напоминает, что свет от самых далёких объектов может идти миллиарды лет, как в случае взрыва на краю Вселенной, зафиксированного телескопом Swift. Примерно через 1,5 миллиарда лет они исчезли из поля зрения, и учёные терялись в догадках: что это было? Сверхмассивные чёрные дыры в плотных газовых коконах, где гибнут молодые звёзды? Или нечто совсем иное?

Одновременно десятилетиями не давала покоя другая головоломка — происхождение шаровых звёздных скоплений. Эти плотные рои из сотен тысяч, а то и миллионов древних звёзд обращаются вокруг галактик; в одном только Млечном Пути их около 150. Изучение таких древних структур требует взгляда в эпоху, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет, подобно тому как галактика возникла, когда Вселенной было 4% объёма. Астрономы наблюдают их уже в преклонном возрасте — спустя миллиарды лет эволюции, когда массивные звёзды давно погасли, газ рассеялся, а динамические процессы изменили массы и структуру. Восстановить начальные условия их формирования крайне трудно, и химические аномалии внутри скоплений лишь усугубляли тайну.

Новое исследование, которое провели астрономы из Техасского университета в Остине, предлагает элегантный ход: возможно, эти две загадки — части одного сюжета. Учёные предположили, что «маленькие красные точки» — не отдельный класс объектов, а ранняя стадия жизни шаровых скоплений, момент их бурной молодости.

Сверхмассивная звезда в роли «двигателя»

Ключевая идея работы, опубликованной в The Astrophysical Journal, заключается в том, что в центре молодого шарового скопления могла сформироваться сверхмассивная звезда. По расчётам, она возникла в результате многократных столкновений и слияний звёзд в тесном окружении — и достигла массы в сотни тысяч солнечных. Именно такая звезда, по мнению авторов, способна воспроизвести наблюдаемые характеристики «маленьких красных точек».

«Это могут быть не просто странные объекты, которые увидел „Джеймс Уэбб“ и которые никак не связаны со знакомой нам Вселенной, — поясняет Джон Чизхолм, ведущий автор исследования. — Напротив, „маленькие красные точки“ могли сохраниться после ранней эпохи, эволюционировав во что-то относительно привычное».

Сверхмассивная звезда живёт недолго, но её влияние на окружающее вещество колоссально. Когда она умирает, то выбрасывает в пространство переработанный материал, обогащая следующее поколение звёзд специфическими химическими элементами. Это объясняет давнюю странность шаровых скоплений: многие из них содержат аномально много гелия, азота, натрия и алюминия, но обеднены углеродом, кислородом и магнием.

Химические отпечатки, которые не удавалось объяснить

«Такая картина указывает на ядерные реакции при чрезвычайно высоких температурах — гораздо выше, чем в ядрах даже самых массивных обычных звёзд, — говорит соавтор работы Майк Бойлан-Колчин. — Сверхмассивная звезда — как раз та среда, где могла возникнуть эта комбинация».

Даниэль Берг, ещё один соавтор, добавляет: «Умирая, такая звезда выбрасывает материал обратно, засевая следующее поколение звёзд химическими отпечатками, которые мы до сих пор видим в шаровых скоплениях». Получается, что загадочный состав — не случайность, а закономерное наследие короткой, но яркой фазы.

Почему «точки» исчезают

Модель естественно объясняет и временные рамки. «Маленькие красные точки» появляются в ранней Вселенной и пропадают примерно через полтора миллиарда лет. По версии исследователей, когда сверхмассивная звезда гибнет, объект перестаёт быть столь ярким и необычным — он теряет облик «точки», хотя само скопление может существовать ещё миллиарды лет.

«В нашей модели сверхмассивная звезда, которая помогает объекту выглядеть как „маленькая красная точка“, живёт лишь короткое время, — уточняет Чизхолм. — Как только она умирает, объект, возможно, уже не похож на „точку“, даже если само скопление сохраняется».

Совпадения, которые трудно игнорировать

Одной химической улики было бы недостаточно, но исследователи указывают на целый ряд совпадений. Количество и распределение «маленьких красных точек» в ранней Вселенной близко соответствует распределению шаровых скоплений, которые мы наблюдаем сегодня. Компьютерное моделирование показывает, что массы «точек» могли естественным образом эволюционировать в массы современных шаровых скоплений. И наконец, «точки» возникают как раз в тот период, когда, по оценкам астрономов, начали формироваться древнейшие шаровые скопления. Это согласуется с наблюдениями, что уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва во Вселенной шли бурные процессы, включая столкновения чёрных дыр 12 млрд лет назад.

«Нет какого-то одного решающего доказательства, которое бы однозначно утверждало, что „маленькие красные точки“ — это шаровые скопления, — признаёт Бойлан-Колчин. — Но такая гипотеза объяснила бы множество разнородных и удивительных наблюдений».

Авторы не настаивают на единственном сценарии. «„Маленькие красные точки“ могут быть галактиками, могут включать чёрные дыры, а могут оказаться чем-то ещё более неожиданным, — говорит Чизхолм. — Наша работа показывает, что формирование шаровых скоплений со сверхмассивными звёздами должно быть частью этого разговора».

Если идея верна, то самые плотные и древние звёздные «дома» во Вселенной когда-то сияли как загадочные красные искры — и «Джеймс Уэбб» застал их в момент рождения.