Сверхкритическая аккреция чёрных дыр может объяснить «маленькие красные точки» «Уэбба»
Модель группы из Китайской академии наук в целом воспроизводит основные свойства 36 «маленьких красных точек» телескопа «Уэбб». Расхождение с наблюдениями осталось для бальмеровского декремента Hα/Hβ.
Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил целую популяцию компактных красных источников, которые астрономы прозвали «маленькими красными точками» (little red dots, LRD). Судя по всему, в поперечнике они не больше нескольких сотен световых лет. Объяснений их природы предлагали много, от чёрных дыр, возникших прямым коллапсом газа, до сверхмассивных звёзд. Одна из популярных версий описывает LRD как газовые оболочки вокруг массивных чёрных дыр, но откуда берутся такие оболочки, было неясно.
Группа Цзюнь-Жун Лю (Jun-Rong Liu) из Китайской академии наук предложила возможный механизм в статье для The Astrophysical Journal Letters. Он называется сверхкритической аккрецией. В этом режиме чёрная дыра поглощает вещество так быстро, что давление излучения выбрасывает часть газа наружу в виде оптически толстого истечения. Предполагается, что такие истечения и создают массивные светящиеся оболочки.
Сравнение с 36 источниками
В модели два главных параметра: масса чёрной дыры и темп аккреции. Темп безразмерный, и всё, что больше единицы, считается сверхкритическим режимом. От этих двух величин зависят температура, светимость и спектр оболочки. Авторы перебрали разные сочетания и сравнили расчётные спектры с 36 реальными LRD. Чтобы совпали оценки температуры и светимости, массы чёрных дыр должны лежать в диапазоне от 10⁵ до 10⁷ масс Солнца, а темп аккреции составлять от 1500 до 5000.
Затем команда проверила три спектральные характеристики. Первая из них, бальмеровский скачок, представляет собой резкий спад интенсивности на длине волны 3645 ангстремов и указывает на плотность оболочки. Вторая, бальмеровский декремент, равна отношению яркости линий водорода Hα и Hβ. Третья характеристика описывает ширину широких эмиссионных линий, по которой судят о разбросе скоростей газа, обращающегося вокруг чёрной дыры. Сила скачка и ширина линий в модели согласуются с наблюдениями. С декрементом согласие хуже: у реальных LRD отношение Hα/Hβ составляет примерно от 4 до 17, а модель даёт значения от 3 до 8, то есть перекрывает только нижнюю часть наблюдаемого диапазона.