Një vrimë e zezë që nuk është formuar nga kolapsi yjor 

Vrima e zezë në Pikën e Vogël të Kuqe (LRD) Abell 2744-QSO1 e vëzhguar nga JWST në universin e hershëm (rreth 700 Myr pas Big Bengut) është një vrimë e zezë supermasive që është rritur në madhësinë e saj aktuale pa një galaktikë shumë më të madhe për ta ushqyer atë. Sipas modelit standard të evolucionit yjor, vrimat e zeza formohen nga vdekja e yjeve më të mëdhenj në fund të jetës së tyre kur atyre u mbaron karburanti si rezultat i shembjes së bërthamës yjore. Këto vrima të zeza rriten në madhësi duke u ushqyer me materien nga një galaktikë shumë më e madhe. Vrima e zezë e Pikës së Vogël të Kuqe QSO1 nuk i përshtatet këtij kuadri dhe është e re. Ajo formohet direkt pa evolucionin standard yjor, d.m.th., nuk është një mbetje. e rënies së bërthamës së një ylli të madh që po shuhet. Në vend të kësaj, është ose një vrimë e zezë me rënie të drejtpërdrejtë (DCBH) ose një vrimë e zezë primordiale (PBH). Vrimat e zeza që nuk janë formuar nga kolapsi yjor janë teorizuar më parë. Kjo është dëshmi e një vrime të zezë që formohet përmes një procesi përtej standardit evolucioni yjor.  

Si formohet një vrimë e zezë? Sipas modelit standard të evolucionit yjor, vrimat e zeza janë produktet e fazës përfundimtare të evolucionit të yjeve masivë. Yjet pësojnë ndryshime me kalimin e kohës. 

Jeta e një ylli fillon në re të mëdha ndëryjore gazi dhe pluhuri në galaktikë me grumbullim gazesh për shkak të temperaturës së ulët në xhepa me dendësi të lartë. Grumbujt gradualisht mbledhin gjithnjë e më shumë materie dhe rriten. Në një moment, grumbujt shemben për shkak të forcës së shtuar gravitacionale të brendshme. Fërkimi gjatë shembjes e ngroh materien dhe lind një yll i ri. Kjo është faza e protoyllit në ciklin jetësor të yllit. Shembja gravitacionale vazhdon më tej duke çuar në një rritje graduale të temperaturës dhe presionit në bërthamën e protoyllit. Me kalimin e kohës, temperatura dhe presioni bëhen mjaftueshëm të larta për të lejuar që bërthamat e hidrogjenit të bashkohen. Bashkimi bërthamor çliron një sasi të madhe energjie e cila e ngroh materien mjaftueshëm për të parandaluar shembjen e mëtejshme nën gravitetin. Kjo është 'faza e renditjes kryesore' të yllit. Hidrogjeni është karburanti kryesor. 

Kur mbaron karburanti, bashkimi bërthamor ndalet dhe nuk ka energji për të ngrohur materialet për të balancuar forcën e brendshme të gravitetit dhe bërthama shembet, duke lënë pas një mbetje kompakte. Ky është fundi i yllit. Ylli i vdekur ose mbetja kompakte është ose një xhuxh i bardhë, ose yll neutronesh, ose vrimë e zezë në varësi të masës së yllit origjinal. Yjet më të rëndë se 20 masa diellore (>20 M⦿) bëhen vrima të zeza në fund të evolucionit yjor kur mbaron karburanti. Kjo është mënyra standarde - yjet dhe galaktikat formohen të parat, dhe vrimat e zeza formohen më vonë si faza përfundimtare e evolucionit yjor. Masa e vrimave të tilla të zeza është shumë më e vogël se masa e përgjithshme e galaktikës. 

Formimi jo-yjor i vrimave të zeza

A mund të formohen vrimat e zeza në mënyra të tjera përveç kolapsit të bërthamës yjore? Janë teorizuar dy kanale formimi "jo-yjor". 

Në universin e hershëm, një re e madhe gazi primordial mund të shembet drejtpërdrejt në një vrimë të zezë, duke anashkaluar formimin dhe evolucionin normal të yjeve, duke dhënë kështu lindjen e asaj që ne e quajmë Vrima të Zeza me Kolaps Direkt (DCBH). Vrimat e tjera të zeza hipotetike të formuara drejtpërdrejt pa përfshirjen e evolucionit standard yjor janë Vrima të Zeza Primordiale (PBH). PBH-të janë relike të Shpërthimit të Madh të formuar në luhatjet ekstreme të dendësisë së universit shumë të hershëm menjëherë pas Shpërthimit të Madh. 

Vrimat e zeza të formuara përmes kanaleve "jo-yjore" vetëm teorizohen, si të tilla ato janë hipotetike. Por gjërat filluan të ndryshojnë me shpejtësi me lançimin e JWST në dhjetor 2021, një observator hapësinor infra të kuq i dedikuar studimit të universit të hershëm.

Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) revolucionarizoi studimin e universit të hershëm 

JWST ka bërë disa vëzhgime që po sfidojnë kuptimin tonë të universit të hershëm. Vëzhgimi i galaktikës JADES-GS-z14-0 me një zhvendosje të kuqe prej 14.32, që e bën atë galaktikën më të largët të njohur. Kjo galaktikë u formua në universin e hershëm rreth 290 milionë vjet pas Big Bengut, megjithatë është një galaktikë e madhe, masive dhe shumë e ndritshme. Gjithashtu u zbulua se është e pasur me metale, që do të thotë se breza yjesh masivë do të kishin përfunduar tashmë ciklet e tyre të jetës nga lindja deri në shpërthimin e supernovës rreth 290 milionë vjet në universin e hershëm. Në mënyrë të ngjashme, galaktika e universit të hershëm GS-NDG-9422 që daton rreth një miliard vjet pas Big Bengut u zbulua se është kimikisht komplekse pa yje të Popullatës III. Sipas kuptimit aktual, gjenerata e parë e yjeve të universit të hershëm duhet të jetë yje të Popullatës III me zero metalicitet. (Në astronomi, çdo element më i rëndë se heliumi konsiderohet metal. Jometalet kimike si oksigjeni, azoti etj., janë metale në kontekstin kozmologjik. Yjet pasurohen me metale në çdo brez pas ngjarjes së supernovës). 

JWST ka vëzhguar gjithashtu vrima të zeza supermasive në universin e hershëm. Një vrimë e zezë e tillë daton rreth 700 milionë vjet pas Big Bengut dhe matej rreth disa milionë herë masën e Diellit. E gjitha filloi me JWST që vëzhgoi Pikat e Vogla të Kuqe (LRD) të cilat u vunë re në publikimin e parë të të dhënave të JWST në vitin 2022. Këto objekte kompakte me ngjyrë të kuqe kishin spektra në formë V dhe tregonin emetim nga gaz hidrogjeni me shpejtësi të lartë. 

Pika e Vogël e Kuqe QSO1 (ose Abell2744-QSO1) 

QSO1 (ose Abell2744-QSO1) është një prototip i Pikës së Vogël të Kuqe me diametër rreth 1,300 vite dritë në një distancë prej më shumë se 13 miliardë vitesh dritë. Ajo ekzistonte në universin e hershëm vetëm 700 milionë vjet pas Shpërthimit të Madh. Ajo është e lentuar gravitacionalisht nga grumbulli galaktik Abell 2744 (Grumbulli i Pandorës), prandaj është edhe e zmadhuar edhe e imazhuar trefish, duke u shfaqur në tre vende të ndryshme në qiell. Si rezultat, QSO1 është më e lehtë për t'u studiuar sesa shumica e Pikave të tjera të Vogla të Kuqe. 

Studimi i hollësishëm i kësaj Pike të Vogël të Kuqe (LRD) i ka çuar studiuesit në përfundimin se disa vrima të zeza supermasive ishin gjigante që nga fillimi. Ato u formuan pa një fazë kolapsi yjor dhe pa një galaktikë pritëse dukshëm më masive për t'i ushqyer ato. 

QSO qëndron për Kuazi-Yllore Object (zakonisht i referuar si kuazar). 

Studimet fillestare kishin zbuluar se QSO1 është më shumë sesa një re gazi të shndritshëm hidrogjeni dhe heliumi që rrethon një vrimë të zezë supermasive rreth 40 milionë herë masën e Diellit. Megjithatë, kishte pasiguri nëse ishte vërtet kaq masive. Kjo për shkak se deri më tani, të gjitha matjet e masës së vrimave të zeza në universin e hershëm kanë qenë indirekte, bazuar në supozime nga ajo që dimë rreth tyre në universin lokal. Ne nuk e dinim nëse këto supozime vlejnë vërtet për universin e hershëm. 

Studiuesit e kuptuan se nëse vrima e zezë e QSO1 është vërtet kaq masive, ata duhet të jenë në gjendje të përdorin njësinë e fushës integrale (IFU) në JWST për të gjurmuar efektet e gravitetit të saj në gazin që rrotullohet rreth saj, ndërkohë që hartëzojnë edhe shpërndarjen e elementëve të ndryshëm në gaz. Prandaj, ata përdorën vëzhgimet e IFU dhe hartëzuan lëvizjet e gazit të hidrogjenit që rrethon vrimën e zezë. 

Grafiku i shpejtësisë së rrotullimit si funksion i distancës nga qendra zbuloi se gazi kishte lëvizje Kepleriane, që do të thotë se pjesa më e madhe e masës së Pikës së Kuqe të Vogël QSO1 është e përqendruar në vrimën e zezë në qendër. Nëse masa do të ishte e shpërndarë, gazi nuk do të kishte orbituar rreth një pike qendrore në mënyrën perfekte Kepleriane, në të njëjtën mënyrë siç orbitojnë planetët rreth Diellit në sistemin diellor. 

Duke qenë se lëvizja Kepleriane drejtohet nga ligjet e gravitetit, matjet e shpejtësisë së gazit i mundësuan studiuesve të llogarisnin drejtpërdrejt masën e vrimës së zezë. Kjo ishte matja e parë direkte e masës së vrimës së zezë të universit të hershëm. U zbulua se vrima e zezë e QSO1 është rreth 50 milionë masa diellore. Gjithashtu, kjo vrimë e zezë është dy të tretat e masës totale të QSO1. Kjo është shumë e pazakontë sepse vrimat e zeza supermasive në galaktikat aty pranë përgjithësisht përbëjnë vetëm një pjesë të vogël të masës totale të galaktikës pritëse.

Për më tepër, analiza e hartave të përbërjes së IFU tregoi se gazi në të gjithë QSO1 është pothuajse tërësisht hidrogjen dhe helium. Një galaktikë e pasur me yje dhe mbeturina yjore duhet të ketë elementë më të rëndë si oksigjeni, por QSO1 ka një metalicitet jashtëzakonisht të ulët, më pak se 0.5% e Diellit, duke nënkuptuar se QSO1 ka një mjedis galaktik shumë të pastër.

Masa masive e QSO1 në krahasim me galaktikën e saj pritëse sugjeron që ajo nuk duhet të jetë formuar nga bashkimi gradual dhe ushqyerja e vrimave të zeza më të vogla me masë yjore. Me sa duket, vrima e zezë e Pikës së Kuqe të Vogël QSO1 i paraprin procesit të evolucionit yjor. Mund të ketë evoluar nga një farë e rëndë që u formua brenda sekondës së parë të Shpërthimit të Madh (vrimë e zezë primordiale) ose disi më vonë nga shembja e një reje gjigante gazi (vrimë e zezë me shembje direkte) dhe mund të jetë në fazat e hershme të ndërtimit të një galaktike rreth saj. Nuk është e mundur për momentin të thuhet nëse vrima e zezë supermasive e Pikës së Kuqe të Vogël QSO1 është një vrimë e zezë primordiale (PBH) apo një vrimë e zezë me shembje direkte (DCBH); megjithatë, ka prova të formimit jo-yjor të vrimave të zeza në universin e hershëm.

***

Referencat: 

1. Maiolino R., et al 2026. Një vrimë e zezë në një galaktikë pothuajse të paprekur 700 Myr pas Big Bang. Njoftime Mujore të Shoqërisë Mbretërore Astronomike, Vëllimi 548, Numri 1, Maj 2026, staf2109. Botuar më 06 Prill 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Një matje direkte e masës së një vrime të zezë në një pikë të vogël të kuqe me zhvendosje të lartë të kuqes. Nature 653, 1017–1021 (2026). Botuar më 27 maj 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. Webb i NASA-s zbulon vrimën e zezë që është formuar para galaktikës së saj. Postuar më 27 maj 2026. Në dispozicion në https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Artikujt 

Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST): Observatori i parë hapësinor i dedikuar studimit të universit të hershëm (6 Nëntor 2021) 

Studimi i universit të hershëm: Eksperiment REACH për të zbuluar vijën e pakapshme 21 cm nga hidrogjeni kozmik(3 Gusht 2022) 

Xhuxhët kafe (BD): Teleskopi James Webb identifikon objektin më të vogël të formuar në një mënyrë të ngjashme me yjet (5 Janar 2024) 

Vrima e zezë më e vjetër nga universi i hershëm sfidon modelin e formimit të vrimës së zezë (24 Janar 2024) 

Universi i hershëm: Galaktika më e largët “JADES-GS-z14-0″ Sfidon modelet e formimit të Galaxy (12 Gusht 2024) 

Paradoksi i yjeve të pasur me metal në universin e hershëm (27 Shtator 2024)

***