Die swart gat in die Klein Rooi Dot (LRD) Abell 2744-QSO1 wat deur JWST in die vroeë heelal waargeneem is (ongeveer 700 Myr na die Oerknal) is 'n supermassiewe swart gat wat tot sy huidige grootte gegroei het sonder 'n veel groter sterrestelsel om dit te voed. Volgens die standaardmodel van ster-evolusie vorm swart gate uit die dood van groter sterre aan die einde van hul lewensloop wanneer hulle brandstof opraak as gevolg van sterkernineenstorting. Hierdie swart gate groei in grootte en voed op materie uit 'n veel groter sterrestelsel. Die swart gat van Klein Rooi Dot QSO1 pas nie by hierdie raamwerk nie en is nuut. Dit word direk gevorm sonder standaard ster-evolusie, d.w.s. dit is nie 'n oorblyfsel nie. van kernineenstorting van 'n groot sterwende ster. In plaas daarvan is dit óf 'n direkte ineenstortingswartgat (DCBH) óf 'n oerswartgat (PBH). Swart gate wat nie deur sterineenstorting gevorm is nie, is vroeër geteoretiseer. Dit is bewys van 'n swartgat wat gevorm word deur 'n proses wat verder strek as die standaard. sterre evolusie.
Hoe word 'n swart gat gevorm? Volgens die standaardmodel van sterrevolusie is swart gate die eindstadiumprodukte van die evolusie van massiewe sterre. Sterre ondergaan veranderinge met die verloop van tyd.
Die lewe van 'n ster begin in groot interstellêre wolke van gas en stof in die sterrestelsel met die ophoping van gasse as gevolg van lae temperatuur tot hoë digtheid sakke. Die klonte versamel geleidelik meer en meer materie en groei. Op 'n stadium stort die klonte ineen as gevolg van verhoogde gravitasiekrag. Die wrywing tydens die ineenstorting verhit die materie en 'n babaster word gebore. Dit is die protoster-stadium in die ster se lewensiklus. Die gravitasie-ineenstorting gaan verder voort, wat lei tot 'n geleidelike toename in temperatuur en druk in die kern van die protoster. Mettertyd word die temperatuur en druk hoog genoeg om waterstofkerne toe te laat om te versmelt. Kernfusie stel 'n groot hoeveelheid energie vry wat die materie voldoende verhit om verdere ineenstorting onder swaartekrag te voorkom. Dit is die 'hoofreeksstadium' van die ster. Waterstof is die hoofbrandstof.
Wanneer brandstof opraak, stop kernfusie en daar is geen energie om materiale te verhit om die inwaartse krag van swaartekrag te balanseer nie, en die kern stort ineen en laat 'n kompakte oorblyfsel agter. Dit is die einde van die ster. Die dooie ster of die kompakte oorblyfsel is óf 'n wit dwerg, óf 'n neutronster, óf swart gat afhangende van die massa van die oorspronklike ster. Sterre swaarder as 20 sonmassas (>20 M⦿) word swart gate aan die einde van ster-evolusie wanneer brandstof opraak. Dit is die standaard manier – sterre en sterrestelsels word eerste gevorm, en swart gate word later gevorm as die eindstadium van ster-evolusie. Die massa van sulke swart gate is baie kleiner as die algehele massa van die sterrestelsel.
Nie-stellêre vorming van swart gate
Kan swart gate op ander maniere as deur die ineenstorting van 'n sterkern gevorm word? Twee "nie-stellêre" vormingskanale is geteoretiseer.
In die vroeë heelal kan 'n groot oergaswolk direk in 'n swart gat ineenstort, wat normale stervorming en evolusie omseil, wat aanleiding gee tot wat ons Direkte Ineenstortingsswartgate (DGSG'e) noem. Die ander hipotetiese swart gate wat direk gevorm is sonder betrokkenheid van standaard ster-evolusie, is Oerswartgate (OGSG'e). OGSG'e is oorblyfsels van die Oerknal wat gevorm is in die uiterste digtheidskommelings van die baie vroeë heelal kort na die Oerknal.
Swart gate wat deur "nie-stellêre" kanale gevorm word, word slegs geteoretiseer en is dus hipoteties. Maar dinge het vinnig begin verander met die lansering van JWST in Desember 2021, 'n infrarooi ruimte-observatorium wat toegewy is aan die studie van die vroeë heelal.
James Webb-ruimteteleskoop (JWST) revolusioneer die studie van die vroeë heelal
JWST het verskeie waarnemings gemaak wat ons begrip van die vroeë heelal uitdaag. Waarneming van die JADES-GS-z14-0-sterrestelsel teen 'n rooiverskuiwing van 14.32, wat dit die verste sterrestelsel bekend maak. Hierdie sterrestelsel is in die vroeë heelal ongeveer 290 miljoen jaar na die Oerknal gevorm, maar dit is 'n groot, massiewe en hoogs helder sterrestelsel. Daar is ook gevind dat dit metaalryk is, wat beteken dat generasies van massiewe sterre reeds hul lewensverloop van geboorte tot supernova-ontploffing teen ongeveer 290 miljoen jaar in die vroeë heelal voltooi het. Net so is gevind dat die vroeë heelal-sterrestelsel GS-NDG-9422, wat ongeveer 'n miljard jaar na die Oerknal dateer, chemies kompleks is met geen Populasie III-sterre nie. Volgens die huidige begrip behoort die eerste generasie sterre van die vroeë heelal Populasie III-sterre met nul metallisiteit te wees. (In sterrekunde word enige element swaarder as helium as 'n metaal beskou. Chemiese nie-metale soos suurstof, stikstof, ens. is metale in die kosmologiese konteks. Sterre word metaalverryk in elke generasie na 'n supernova-gebeurtenis).
JWST het ook supermassiewe swart gate in die vroeë heelal waargeneem. Een so 'n swart gat dateer ongeveer 700 miljoen jaar na die Oerknal en het ongeveer 'n paar miljoen keer die massa van die Son gemeet. Dit het alles begin met JWST wat Klein Rooi Kolletjies (LRD's) waargeneem het wat in JWST se eerste data-vrystelling in 2022 opgemerk is. Hierdie rooikleurige kompakte voorwerpe het V-vormige spektra gehad en emissie van hoësnelheidswaterstofgas getoon.
Die Klein Rooi Dot QSO1 (of Abell2744-QSO1)
QSO1 (of Abell2744-QSO1) is 'n prototipiese Klein Rooi Kolletjie, ongeveer 1 300 ligjare breed, op 'n afstand van meer as 13 miljard ligjare. Dit het in die vroeë heelal bestaan, net 700 miljoen jaar na die Oerknal. Dit word swaartekraggewys deur die sterrestelselswerm Abell 2744 (Pandora se Sterreswerm) gelens, daarom word dit beide vergroot en drievoudig afgebeeld, en verskyn dit op drie verskillende plekke in die lug. Gevolglik is QSO1 makliker om te bestudeer as die meeste ander Klein Rooi Kolletjies.
'n Gedetailleerde studie van hierdie Klein Rooi Kolletjie (LRD) het navorsers tot die gevolgtrekking gelei dat sommige supermassiewe swartgate van die begin af enorm was. Hulle is gevorm sonder 'n ster-ineenstortingsfase en sonder 'n aansienlik meer massiewe gasheersterrestelsel om hulle te voed.
QSO staan vir Kwasi-Stellar Objek (algemeen na verwys as 'n kwasar).
Aanvanklike studies het aan die lig gebring dat QSO1 meer as 'n wolk van gloeiende waterstof- en heliumgas is wat om 'n supermassiewe swartgat wentel, ongeveer 40 miljoen keer die massa van die Son. Daar was egter onsekerheid oor of dit werklik so massief was. Dit was omdat voorheen al die massametings van swartgate in die vroeë heelal indirek was, gebaseer op aannames van wat ons van hulle in die plaaslike heelal weet. Ons het nie geweet of daardie aannames werklik op die vroeë heelal van toepassing is nie.
Die navorsers het besef dat as QSO1 se swartgat werklik so massief is, hulle die integrale veldeenheid (IFU) op JWST behoort te kan gebruik om die effekte van sy swaartekrag op die gas wat daaromheen dwarrel, na te spoor, terwyl hulle ook die verspreiding van verskeie elemente in die gas karteer. Daarom het hulle die IFU-waarnemings gebruik en die bewegings van waterstofgas rondom die swartgat gekarteer.
Die grafiek van rotasiesnelheid as 'n funksie van afstand vanaf die middelpunt het getoon dat die gas Kepleriaanse beweging gehad het, wat beteken dat die meeste van die massa van die Klein Rooi Dot QSO1 in die swart gat in die middelpunt gekonsentreer is. As die massa versprei was, sou die gas nie op die perfekte Kepleriaanse manier om 'n sentrale punt gewentel het nie, net soos planete om die Son in die sonnestelsel wentel.
Aangesien Kepleriaanse beweging deur die wette van swaartekrag beheer word, het die gassnelheidsmetings navorsers in staat gestel om die massa van die swart gat direk te bereken. Dit was die eerste direkte meting van die massa van 'n vroeë heelal-swart gat. Daar is gevind dat QSO1 se swart gat ongeveer 50 miljoen sonmassas is. Ook is hierdie swart gat twee derdes van die totale massa van QSO1. Dit is hoogs ongewoon omdat supermassiewe swart gate in die nabygeleë sterrestelsels gewoonlik slegs 'n klein fraksie van die gasheersterrestelsel se totale massa uitmaak.
Verder het analise van die IFU-samestellingskaarte getoon dat die gas dwarsdeur QSO1 byna geheel en al waterstof en helium is. 'n Sterrestelsel ryk aan sterre en sterpuin behoort swaarder elemente soos suurstof te hê, maar QSO1 het 'n uiters lae metallisiteit, minder as 0.5% van die Son, wat impliseer dat QSO1 'n baie ongerepte galaktiese omgewing het.
Die massiewe massa van QSO1 relatief tot sy gasheersterrestelsel dui daarop dat dit nie gevorm moes het uit die geleidelike samesmelting en voeding van kleiner stermassa-swartgate nie. Blykbaar dateer die swartgat van die Klein Rooi Dot QSO1 die ster-evolusieproses vooraf. Dit kon ontwikkel het uit 'n swaar saad wat binne die eerste sekonde van die Oerknal (oer-swartgat) gevorm het, of ietwat later uit die ineenstorting van 'n reuse-gaswolk (direkte ineenstorting van 'n swartgat) en mag dalk in die vroeë stadiums van die bou van 'n sterrestelsel daaromheen wees. Dit is tans nie moontlik om te sê of die supermassiewe swartgat van die Klein Rooi Dot QSO1 'n oer-swartgat (PBH) of direkte ineenstorting van 'n swartgat (DCBH) is nie; daar is egter bewyse van nie-stellêre vorming van swartgate in die vroeë heelal.
***
Verwysings:
- Maiolino R., et al 2026. 'n Swart gat in 'n byna ongerepte sterrestelsel 700 Myr na die oerknal. Maandelikse Kennisgewings van die Royal Astronomical Society, Volume 548, Uitgawe 1, Mei 2026, staf2109. Gepubliseer 06 April 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
- Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. 'n Direkte swartgat-massameting in 'n klein rooi kolletjie met hoë rooiverskuiwing. Nature 653, 1017–1021 (2026). Gepubliseer 27 Mei 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
- NASA se Webb onthul swartgat wat voor sy sterrestelsel gevorm het. Geplaas 27 Mei 2026. Beskikbaar by https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/
***
Verwante artikels
James Webb-ruimteteleskoop (JWST): Die eerste ruimtesterrewag gewy aan die studie van die vroeë heelal (6 November 2021)
Studie van die vroeë heelal: REACH-eksperiment om ontwykende 21 cm-lyn van kosmiese waterstof op te spoor(3 Augustus 2022)
Brown Dwarfs (BD's): James Webb-teleskoop identifiseer kleinste voorwerp wat op 'n steragtige manier gevorm is (5 Januarie 2024)
Die oudste swart gat uit die vroeë heelal daag die model van swart gat vorming uit (24 Januarie 2024)
Vroeë heelal: die mees verre sterrestelsel “JADES-GS-z14-0″ daag Galaxy Formation Models uit (12 Augustus 2024)
Paradoks van metaalryke sterre in die vroeë heelal (27 September 2024)
***
 Abell 2744-QS01 observed by JWST in the early universe (about 700 Myr after the Big Bang) is supermassive that has grown to its current size without a much larger galaxy to feed them. According to the Standard Model of Cosmology, black holes form from death of bigger stars at the end of their life course when they run out of fuels as a result of stellar core collapse. These black holes grow in size feeding upon matter from much larger galaxy. The black hole of Little Red Dot QSO1 is does not fit this frame and is novel. It is formed directly without standard stellar evolution, i.e., it is not a remanent of core collapse of a big dying star. Instead, it is either a direct collapse black hole (DCBH) or a primordial black hole (PBH). Black holes not formed from stellar collapse were theorised earlier, but this is first confirmation of a black hole that is formed through a process beyond the standard model of cosmology.){kind=link}