Маленькие красные точки могут быть древними глобулярными скоплениями с супергигантскими звездами в центре

Исследование, опубликованное в журнале "The Astrophysical Journal Letters", связывает две астрономические загадки с единственным решением. Одной из этих загадок являются глобулярные скопления (ГС) — старые звёздные кластеры, которые находятся на периферии галактик, таких как Млечный Путь. Другой загадкой являются известные по наблюдениям JWST маленькие красные точки (МРТ) — крайне компактные светящиеся объекты, обнаруженные в ранней Вселенной.

Это изображение показывает несколько маленьких красных точек, найденных JWST. Большое количество МРТ появилось примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва и быстро сократилось примерно через 1,5 миллиарда лет после него. Кредит: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Kocevski (Colby College)

Ведущий автор исследования, астроном Джон Чишолм из Университета Техаса в Остине, описывает МРТ как "загадочные открытия на высоких красных смещениях". Эти объекты существовали примерно от 13,2 до 12,2 миллиарда лет назад и могут быть активными галактическими ядрами, супергигантскими звездами или примордиальными галактиками. Исследователи рассматривают возможность, что эти источники являются глобулярными скоплениями в стадии формирования.

Глобулярные скопления известны как коллекции звёзд, связанных гравитацией, и одно такое скопление может содержать несколько миллионов звёзд. Эти звёзды, как правило, более стары и имеют низкую металличность. В некоторых галактиках ГС являются одними из самых древних объектов. Почти все галактики имеют такие скопления, и наша галактика содержит как минимум 150 из них в своём галактическом гало.

Исследователи использовали моделирование, чтобы выявить связь между МРТ и ГС. Хотя МРТ и ГС выглядят по-разному, соавтор исследования Даниэль Берг подчеркивает, что мы наблюдаем их в совершенно разных временных рамках. ГС, которые мы видим в локальной Вселенной, вероятно, уже эволюционировали миллиарды лет.

"Мы обычно видим их после миллиардов лет эволюции, когда их массивные звёзды исчезли, газ был очищен, а динамические процессы изменили их массу и структуру," объясняет Берг. "Это делает очень сложным восстановление первоначальных условий их формирования."

Согласно модели, звёздное население в ГС формировалось примерно в одно и то же время, во время активной звездообразовательной активности в ранней Вселенной. Это означает, что они должны иметь схожую металличность и химический состав. Однако астрономы обнаруживают, что некоторые элементы, такие как гелий, азот, натрий и алюминий, в избытке, в то время как другие, такие как углерод, кислород и магний, в дефиците. Это указывает на типы звёзд, которые синтезировали эти химические элементы.

"Этот специфический паттерн указывает на ядерный синтез при очень высоких температурах, гораздо более высоких, чем в ядрах даже массивных нормальных звёзд," говорит Майк Бойлан-Колчин из Университета Техаса, соавтор исследования. "Супергигантская звезда — это именно тот тип среды, который мог бы произвести эту комбинацию."

Супергигантская звезда (СГЗ) может быть в тысячи раз массивнее Солнца и достаточно горячей, чтобы синтезировать такие химические элементы, как натрий и алюминий в большом количестве. Звезда такой массы не могла образоваться из одного коллапса, как наше Солнце; вместо этого она сформировалась постепенно через серию слияний звёзд. Внутри ГС такая звезда занимала бы центральное положение, но не на долгое время, так как она быстро исчерпывала бы свои запасы водорода.

"Когда они умирают, они выбрасывают этот материал обратно," объясняет Берг, "засевая следующее поколение звёзд химическими отпечатками, которые мы до сих пор видим в глобулярных скоплениях сегодня."

По мнению исследователей, именно эти супергигантские звёзды делают древние ГС похожими на МРТ. "В нашей модели супергигантская звезда, которая помогает объекту выглядеть как маленькая красная точка, будет жить только короткое время. Как только эта звезда умирает, объект может уже не выглядеть как маленькая красная точка, даже если само скопление выживет миллиарды лет," добавляет Чишолм.

Основным доказательством служат спектральные профили МРТ и СГЗ. "МРТ обычно определяются их V-образной спектральной морфологией," пишут авторы. "Сочетание СГЗ и звёздного кластера может правдоподобно воспроизвести наблюдаемый V-образный спектральный профиль."

Эта фигура показывает спектральные профили очень яркой МРТ с именем A2744-45924 с светло-голубой линией. Темно-синяя линия показывает СГЗ, а желтая линия — звёздный кластер. Красная линия показывает СГЗ в сочетании со звёздным кластером, и эта линия совпадает с МРТ. Кредит: Chisholm et al. 2026. ApJL.

Исследователи также определили количество МРТ, чтобы проверить, соответствует ли оно числу ГС в локальной Вселенной. Это основано на функции массы, которая, по сути, представляет собой плотность объектов в зависимости от их массы. Если МРТ действительно являются ГС, наблюдаемыми в процессе формирования, они должны были эволюционировать со временем до функции массы современных ГС. Механизмы будут включать звёздную эволюцию и потерю массы.

Чтобы сравнить эти два типа, исследователи смоделировали, как бы выглядела функция массы МРТ сегодня, чтобы проверить, совпадает ли она с функцией ГС.

"На протяжении примерно 13 миллиардов лет мы следуем предписаниям, разработанным для описания локальных глобулярных скоплений, и предполагаем, что кластеры теряют массу через звёздную эволюцию и динамические взаимодействия, такие как приливное сдирание и испарение," объясняют исследователи.

Затем они изучили данные о ГС для Млечного Пути, Андромеды и скопления Девы. Все три являются хорошо изученными, и исследователи использовали эти данные, чтобы определить популяцию ГС в определённом диапазоне, включая неопределенности.

"Мы оцениваем общее количество МРТ, образовавшихся на всех красных смещениях, примерно в 0,3 Mpc−3, что похоже в пределах неопределенности на локальные глобулярные кластеры," пишут авторы.

В целом, их работа показывает, что масса МРТ могла эволюционировать в массу локальных ГС. Укрепляет связь между ними тот факт, что МРТ появились во Вселенной в тот же момент времени, когда должны были сформироваться ГС.

Эта фигура показывает, как Эволюционная Финальная Функция Массы МРТ совпадает с популяцией ГС Млечного Пути и скопления Девы. Кредит: Chisholm et al. 2026. ApJL.

Хотя результаты исследования интригующие, исследователи призывают к осторожности. "Хотя сценарий остается правдоподобным, в настоящее время нельзя сделать окончательный вывод, и мы описываем несколько наблюдений для проверки этой гипотезы," пишут они.

"На данный момент нет единственного убедительного доказательства, которое бы подтвердило, что маленькие красные точки — это глобулярные кластеры, но это объяснило бы много разнообразных и неожиданных наблюдений," говорит Бойлан-Колчин.

"Маленькие красные точки могут быть галактиками, они могут быть связаны с черными дырами или же могут быть чем-то еще более неожиданным," добавляет Чишолм. "Наша работа показывает, что формирующиеся глобулярные кластеры с супергигантскими звёздами должны быть частью этого обсуждения."

"Если это подтвердится, МРТ предложат прямой взгляд на формирование глобулярных кластеров и откроют новое окно в экстремальную звёздную астрофизику, характеризующуюся интенсивными радиационными полями. Их высокая светимость предполагает, что подобные системы могут быть наблюдаемы даже на более ранних этапах, потенциально характеризуя первые поколения звёзд," заключают авторы.