Црна рупа која није настала услед колапса звезда 

Црна рупа у Малој црвеној тачки (LRD) Абел 2744-QSO1 коју је JWST посматрао у раном универзуму (око 700 милиона година након Великог праска) је супермасивна црна рупа која је нарасла до своје тренутне величине без много веће галаксије која би је хранила. Према стандардном моделу звездане еволуције, црне рупе настају смрти већих звезда на крају њиховог животног века када им понестане горива као резултат колапса звезданог језгра. Ове црне рупе расту у величини хранећи се материјом из много веће галаксије. Црна рупа Мале црвене тачке QSO1 не уклапа се у овај оквир и нова је. Она се формира директно без стандардне звездане еволуције, тј. није остатак. колапса језгра велике умируће звезде. Уместо тога, то је или црна рупа директног колапса (DCBH) или примордијална црна рупа (PBH). Црне рупе које нису настале звезданим колапсом су раније биле теоретизоване. Ово је доказ црне рупе која се формира кроз процес који је изван стандардног звјездана еволуција.  

Како настаје црна рупа? Према стандардном моделу звездане еволуције, црне рупе су завршни производи еволуције масивних звезда. Звезде се мењају током времена. 

Живот звезде почиње у великим међузвезданим облацима гаса и прашине у галаксији, са нагомилавањем гасова услед ниске температуре у џепове високе густине. Групе постепено окупљају све више и више материје и расту. У неком тренутку, групе се колабирају због повећане гравитационе силе. Трење током колапса загрева материју и рађа се звезда-беба. Ово је фаза протозвезде у животном циклусу звезде. Гравитациони колапс се наставља даље, што доводи до постепеног повећања температуре и притиска у језгру протозвезде. Временом, температура и притисак постају довољно високи да омогуће спајање језгара водоника. Нуклеарна фузија ослобађа огромну количину енергије која довољно загрева материју да спречи даљи колапс под дејством гравитације. Ово је „фаза главног низа“ звезде. Водоник је главно гориво. 

Када понестане горива, нуклеарна фузија се зауставља и нема енергије за загревање материјала како би се уравнотежила унутрашња сила гравитације, а језгро се урушава, остављајући за собом компактни остатак. Ово је крај звезде. Мртва звезда или компактни остатак је или бели патуљак, или неутронска звезда, или црна рупа у зависности од масе оригиналне звезде. Звезде теже од 20 соларних маса (>20 M⦿) постају црне рупе на крају звездане еволуције када понестане горива. Ово је стандардни начин – звезде и галаксије се прво формирају, а црне рупе се формирају касније као завршна фаза звездане еволуције. Маса таквих црних рупа је много мања од укупне масе галаксије. 

Незвездано формирање црних рупа

Да ли црне рупе могу настати на друге начине осим колапса звезданог језгра? Теоретски су претпостављена два „незвездана“ канала формирања. 

У раном универзуму, велики првобитни облак гаса може директно да се уруши у црну рупу, заобилазећи нормално формирање и еволуцију звезда, што доводи до онога што називамо црним рупама директног колапса (DCBH). Друге хипотетичке црне рупе формиране директно без учешћа стандардне звездане еволуције су првобитне црне рупе (PBH). PBH су остаци Великог праска настали у екстремним флуктуацијама густине веома раног универзума убрзо након Великог праска. 

Црне рупе формиране кроз „незвездане“ канале су само теоретске, као такве су хипотетичке. Али ствари су почеле брзо да се мењају лансирањем JWST-а у децембру 2021. године, инфрацрвене свемирске опсерваторије посвећене проучавању раног универзума.

Свемирски телескоп Џејмс Веб (JWST) револуционише проучавање раног универзума 

JWST је направио неколико запажања која доводе у питање наше разумевање раног универзума. Посматрање галаксије JADES-GS-z14-0 при црвеном помаку од 14.32, што је чини најудаљенијом познатом галаксијом. Ова галаксија је формирана у раном универзуму око 290 милиона година након Великог праска, али је велика, масивна и веома светлећи галаксија. Такође је утврђено да је богата металима, што значи да би генерације масивних звезда већ завршиле своје животне токове од рођења до експлозије супернове за око 290 милиона година у раном универзуму. Слично томе, утврђено је да је галаксија раног универзума GS-NDG-9422, која датира око милијарду година након Великог праска, хемијски сложена и да нема звезда Популације III. Према тренутном разумевању, прва генерација звезда раног универзума требало би да буду звезде Популације III са нултом металношћу. (У астрономији, сваки елемент тежи од хелијума сматра се металом. Хемијски неметали попут кисеоника, азота итд. су метали у космолошком контексту. Звезде се обогаћују металом у свакој генерацији након догађаја супернове). 

JWST је такође посматрао супермасивне црне рупе у раном универзуму. Једна таква црна рупа датирала је око 700 милиона година након Великог праска и имала је око неколико милиона пута већу масу од Сунца. Све је почело када је JWST посматрао мале црвене тачке (LRD), које су примећене у првом објављивању података JWST-а 2022. године. Ови компактни објекти црвене боје имали су спектре у облику слова V и показивали су емисију из гаса водоника велике брзине. 

Мала црвена тачка QSO1 (или Абел2744-QSO1) 

QSO1 (или Abell2744-QSO1) је прототип Мале црвене тачке пречника око 1,300 светлосних година на удаљености већој од 13 милијарди светлосних година. Постојала је у раном универзуму само 700 милиона година након Великог праска. Гравитационо је сакривена галактичким јатом Abell 2744 (Пандорино јато), стога је и увећана и троструко снимљена, појављујући се на три различите локације на небу. Као резултат тога, QSO1 је лакша за проучавање од већине других Малих црвених тачака. 

Детаљна студија ове Мале црвене тачке (LRD) довела је истраживаче до закључка да су неке супермасивне црне рупе биле огромне од самог почетка. Оне су формиране без фазе звезданог колапса и без знатно масивније галаксије домаћина која би их хранила. 

QSO је скраћеница од квазизвездани објекат (обично се назива квазар). 

Прве студије су откриле да је QSO1 више од облака блиставог водоника и хелијума који кружи око супермасивне црне рупе око 40 милиона пута веће масе од Сунца. Међутим, постојала је неизвесност око тога да ли је заиста толико масиван. То је било зато што су до сада сва мерења масе црних рупа у раном универзуму била индиректна, заснована на претпоставкама о томе шта знамо о њима у локалном универзуму. Нисмо знали да ли се те претпоставке заиста односе на рани универзум. 

Истраживачи су препознали да ако је црна рупа QSO1 заиста толико масивна, требало би да буду у могућности да користе јединицу интегралног поља (IFU) на JWST-у да прате ефекте њене гравитације на гас који се вртлози око ње, а истовремено мапирају расподелу различитих елемената у гасу. Стога су користили IFU посматрања и мапирали кретање водоника који окружује црну рупу. 

График брзине ротације у функцији удаљености од центра показао је да гас има Кеплерово кретање, што значи да је већина масе Мале црвене тачке QSO1 концентрисана у црној рупи у центру. Да је маса била распоређена, гас не би кружио око централне тачке на савршен Кеплеров начин на исти начин на који планете круже око Сунца у Сунчевом систему. 

С обзиром на то да је Кеплерово кретање регулисано законима гравитације, мерења брзине гаса омогућила су истраживачима да директно израчунају масу црне рупе. Ово је било прво директно мерење масе црне рупе у раном универзуму. Утврђено је да црна рупа QSO1 има око 50 милиона соларних маса. Такође, ова црна рупа има две трећине укупне масе QSO1. Ово је веома неуобичајено јер супермасивне црне рупе у оближњим галаксијама генерално чине само мали део укупне масе галаксије домаћина.

Даље, анализа мапа састава IFU показала је да је гас у QSO1 скоро у потпуности водоник и хелијум. Галаксија богата звездама и звезданим остацима требало би да има теже елементе попут кисеоника, али QSO1 има изузетно ниску металност, мању од 0.5% Сунца, што имплицира да QSO1 има веома нетакнуто галактичко окружење.

Масивна маса QSO1 у односу на његову галаксију домаћина сугерише да није морала да настане постепеним спајањем и храњењем мањих црних рупа звездане масе. Изгледа да црна рупа Мале црвене тачке QSO1 претходи процесу звездане еволуције. Могла је еволуирати из тешког семена које се формирало у првој секунди Великог праска (првобитна црна рупа) или нешто касније од колапса џиновског облака гаса (црна рупа директног колапса) и можда је у раним фазама изградње галаксије око ње. Тренутно није могуће рећи да ли је супермасивна црна рупа Мале црвене тачке QSO1 првобитна црна рупа (PBH) или црна рупа директног колапса (DCBH); међутим, постоје докази о незвезданом формирању црних рупа у раном универзуму.

***

Референце: 

1. Мајолино Р., сар 2026. Црна рупа у скоро нетакнутој галаксији 700 милиона година након Великог праска. Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва, том 548, број 1, мај 2026, staf2109. Објављено 06. априла 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Јуоџбалис, И., Маркончини, К., Д'Еугенио, Ф. и др. Директно мерење масе црне рупе у малој црвеној тачки при високом црвеном помаку. Nature 653, 1017–1021 (2026). Објављено 27. маја 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. НАСА-ин Веб открива црну рупу која је настала пре њене галаксије. Објављено 27. маја 2026. Доступно на https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Повезани чланци 

Свемирски телескоп Џејмс Веб (ЈВСТ): Прва свемирска опсерваторија посвећена проучавању раног универзума (КСНУМКС новембар КСНУМКС) 

Студија раног универзума: РЕАЦХ експеримент за откривање неухватљиве линије од 21 цм из космичког водоника(КСНУМКС Аугуст КСНУМКС) 

Смеђи патуљци (БД): телескоп Џејмс Веб идентификује најмањи објекат формиран на начин попут звезде (КСНУМКС Јануар КСНУМКС) 

Најстарија црна рупа из раног универзума изазива модел формирања црне рупе (КСНУМКС Јануар КСНУМКС) 

Рани универзум: најудаљенија галаксија „ЈАДЕС-ГС-з14-0″ изазива моделе формирања галаксије (КСНУМКС Аугуст КСНУМКС) 

Парадокс звезда богатих металом у раном универзуму (КСНУМКС септембар КСНУМКС)

***