Квазизвёзды: коконы с чёрной дырой внутри экспресс
Загадку быстрого роста чёрных дыр в молодой Вселенной могут объяснить квазизвёзды. Это гигантские газовые коконы со спрятанной внутри дырой. Падающее в неё вещество раскаляется и излучает столько света, что не даёт кокону сжаться. Такой объект весит тысячи солнц и сияет ярче целой галактики.
Новое моделирование показало: если дыра поглощает хотя бы десятую часть солнечной массы в год, весь кокон перемешивается и светит красноватым светом — в точности как таинственные «красные точки» в далёком космосе. Эти точки долго сбивали астрономов с толку. Из-за расширения Вселенной их свет смещается в красную сторону, но что именно светит — оставалось неизвестным. Когда масса кокона достигает десятков тысяч солнечных, искривление пространства-времени вызывает неустойчивость, и в центре рождается чёрная дыра.
Парадокс в том, что чёрная дыра, обычно поглощающая свет, сама становится главным источником сияния. Сравнив наблюдаемую яркость красных точек с моделями, учёные выяснили: они соответствуют нужному темпу поглощения. Так квазизвёзды зажигались в юном мироздании и, вероятно, стали зародышами сверхмассивных чёрных дыр.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.21714
The recently discovered Little Red Dots identified by the James Webb Space Telescope are compact high-redshift sources whose properties have motivated models involving black holes embedded within optically thick gaseous envelopes. We investigate their rest-frame optical emission by modeling quasi-stars, i.e. stellar envelopes powered by accretion onto a central black hole, formed from rapidly accreting proto-stars that reach the supermassive star regime ($$>10^4$$~\Msun) before undergoing general relativistic instability. We compute stellar evolution models with mass gain rates of 0.01, 0.1, and 1~\Msun/yr and metallicities $$Z=0$$-$$0.01$$. For accretion rates $$\ge0.1$$~\Msun/yr, stars remain nearly fully convective with $$T_\mathrm{eff}\sim4000$$-$$9000$$~K. General relativistic instability occurs at $$M_\star\sim3.5\times10^4$$~\Msun\ ($$6.8\times10^4$$~\Msun) for $$\dot{m}=0.1$$~\Msun/yr (1~\Msun/yr), at $$L\sim10^9$$~\Lsun. Assuming the black hole supports the envelope until complete accretion ($$M_{\rm BH,max}/M_{\rm QS}=1$$), quasi-stars reach maximum lifetimes of $$10^7$$-$$10^8$$~yr, $$\sim100$$-$$1000$$ times longer than their progenitors. Their formation and evolution are nearly independent of metallicity. Matching our models to Little Red Dots at $$z<4.5$$ ($$L_\mathrm{bol}\sim10^{9.5}$$-$$10^{11.5}$$~\Lsun) implies quasi-star masses of $$10^{4.5}$$-$$10^{6.5}$$~\Msun, while the minimum observed luminosity requires progenitor accretion rates $$\gtrsim0.1$$~\Msun/yr. Our models support quasi-stars as the origin of Little Red Dot optical emission and constrain their masses, lifetimes, progenitor environments, and luminosities. Our models offer a framework supporting quasi-stars as the source of Little Red Dot optical emission, and provide insights into their lifetimes, composition, progenitor's environment as well on their minimum and maximum observed luminosities.
Если бы квазизвезда оказалась на месте Солнца, её оболочка простиралась бы дальше орбиты Юпитера, а внутри скрывалась бы чёрная дыра размером с небольшой город.