Isang Black Hole na Hindi Nabuo mula sa Stellar Collapse 

Ang black hole sa Little Red Dot (LRD) Abell 2744-QSO1 na naobserbahan ng JWST sa unang bahagi ng uniberso (mga 700 Myr pagkatapos ng Big Bang) ay isang supermassive black hole na lumaki sa kasalukuyang laki nito nang walang mas malaking kalawakan na magpapakain dito. Ayon sa karaniwang modelo ng ebolusyon ng mga bituin, ang mga black hole ay nabubuo mula sa pagkamatay ng mas malalaking bituin sa pagtatapos ng kanilang buhay kapag naubusan sila ng gasolina bilang resulta ng pagbagsak ng stellar core. Ang mga black hole na ito ay lumalaki sa laki na kumakain ng materya mula sa isang mas malaking kalawakan. Ang black hole ng Little Red Dot QSO1 ay hindi akma sa balangkas na ito at bago. Ito ay direktang nabuo nang walang karaniwang ebolusyon ng mga bituin, ibig sabihin, hindi ito isang labi. ng pagbagsak ng core ng isang malaking naghihingalong bituin. Sa halip, ito ay alinman sa isang direktang pagbagsak ng black hole (DCBH) o isang primordial black hole (PBH). Ang mga black hole na hindi nabuo mula sa pagbagsak ng bituin ay naunang ginawang teorya. Ito ay ebidensya ng isang black hole na nabuo sa pamamagitan ng isang prosesong lampas sa pamantayan. stellar evolution.  

Paano nabubuo ang isang black hole? Ayon sa karaniwang modelo ng ebolusyon ng mga bituin, ang mga black hole ang mga huling yugto ng ebolusyon ng malalaking bituin. Ang mga bituin ay sumasailalim sa mga pagbabago sa paglipas ng panahon. 

Ang buhay ng isang bituin ay nagsisimula sa malalaking interstellar na ulap ng gas at alikabok sa kalawakan na may mga kumpol ng gas dahil sa mababang temperatura hanggang sa mataas na densidad. Ang mga kumpol ay unti-unting nagtitipon ng mas maraming materya at lumalaki. Sa isang punto, ang mga kumpol ay gumuguho dahil sa pagtaas ng puwersa ng grabidad papasok. Ang friction habang gumuguho ay nagpapainit sa materya at isang sanggol na bituin ang isinisilang. Ito ang yugto ng protostar sa siklo ng buhay ng bituin. Ang pagguho ng grabidad ay nagpapatuloy na humahantong sa unti-unting pagtaas ng temperatura at presyon sa core ng protostar. Sa takdang panahon, ang temperatura at presyon ay nagiging sapat na mataas upang pahintulutan ang mga nuclei ng hydrogen na magsanib. Ang nuclear fusion ay naglalabas ng malaking dami ng enerhiya na nagpapainit sa materya nang sapat upang maiwasan ang karagdagang pagguho sa ilalim ng grabidad. Ito ang 'yugto ng pangunahing sequence' ng bituin. Ang hydrogen ang pangunahing panggatong. 

Kapag naubusan ng gasolina, humihinto ang nuclear fusion at walang enerhiya upang painitin ang mga materyales upang balansehin ang puwersa ng grabidad sa loob at ang core ay gumuguho, na nag-iiwan ng isang siksik na labi. Ito ang dulo ng bituin. Ang patay na bituin o ang siksik na labi ay alinman sa isang white dwarf, o neutron star, o Black hole depende sa masa ng orihinal na bituin. Ang mga bituin na mas mabigat sa 20 solar mass (>20 M⦿) ay nagiging mga black hole sa dulo ng stellar evolution kapag naubusan ng gasolina. Ito ang karaniwang paraan – ang mga bituin at galaxy ay unang nabubuo, at ang mga black hole ay nabubuo kalaunan bilang huling yugto ng stellar evolution. Ang masa ng mga naturang black hole ay mas maliit kaysa sa kabuuang masa ng galaxy. 

Hindi bituin na pagbuo ng mga black hole

Maaari bang mabuo ang mga black hole sa pamamagitan ng ibang paraan maliban sa pagguho ng stellar core? Dalawang "non-stellar" na channel ng pagbuo ang na-teorya. 

Sa sinaunang uniberso, ang isang malaking primordial gas cloud ay maaaring direktang gumuho sa isang black hole, na lumalampas sa normal na pagbuo at ebolusyon ng bituin, na magbibigay-daan sa tinatawag nating Direct Collapse Black Holes (DCBHs). Ang iba pang hipotetikal na black hole na direktang nabuo nang walang kinalaman sa karaniwang ebolusyon ng bituin ay ang mga Primordial black hole (PBHs). Ang mga PBH ay mga labi ng Big Bang na nabuo sa matinding pagbabago-bago ng densidad ng sinaunang uniberso ilang sandali matapos ang Big Bang. 

Ang mga black hole na nabuo sa pamamagitan ng mga "non-stellar" na channel ay teorya lamang, kaya't ang mga ito ay hipotetikal lamang. Ngunit ang mga bagay ay nagsimulang magbago nang mabilis sa paglulunsad ng JWST noong Disyembre 2021, isang infrared space observatory na nakatuon sa pag-aaral ng sinaunang uniberso.

Binago ng James Webb Space Telescope (JWST) ang pag-aaral ng sinaunang uniberso 

Ang JWST ay gumawa ng ilang mga obserbasyon na humahamon sa ating pag-unawa sa sinaunang uniberso. Ang obserbasyon ng JADES-GS-z14-0 galaxy sa isang redshift na 14.32 na ginagawa itong pinakamalayong galaxy na kilala. Ang galaxy na ito ay nabuo sa sinaunang uniberso mga 290 milyong taon pagkatapos ng Big Bang, ngunit ito ay isang malaki, napakalaki, at lubos na nagliliwanag na galaxy. Natuklasan din na ito ay mayaman sa metal, ibig sabihin ang mga henerasyon ng malalaking bituin ay nakumpleto na ang kanilang mga kurso sa buhay mula sa mga kapanganakan hanggang sa pagsabog ng supernova nang humigit-kumulang 290 milyong taon sa sinaunang uniberso. Katulad nito, ang sinaunang uniberso na galaxy na GS-NDG-9422 na may petsang halos isang bilyong taon pagkatapos ng Big Bang ay natagpuang kemikal na kumplikado na walang mga bituin ng Population III. Ayon sa kasalukuyang pagkaunawa, ang unang henerasyon ng mga bituin ng sinaunang uniberso ay dapat na mga bituin ng Population III na walang metallicity. (Sa astronomiya, ang anumang elementong mas mabigat kaysa sa helium ay itinuturing na metal. Ang mga kemikal na di-metal tulad ng oxygen, nitrogen, atbp. ay mga metal sa kontekstong kosmolohikal. Ang mga bituin ay pinayaman ng metal sa bawat henerasyon kasunod ng kaganapan ng supernova). 

Naobserbahan din ng JWST ang mga supermassive black hole sa sinaunang uniberso. Isa sa mga ganitong black hole ay may petsang mga 700 milyong taon pagkatapos ng Big Bang at may sukat na halos ilang milyong beses ang masa ng Araw. Nagsimula ang lahat sa pagmamasid ng JWST sa mga Little Red Dots (LRD) na napansin sa unang paglabas ng datos ng JWST noong 2022. Ang mga pulang compact object na ito ay may hugis-V na spectra at nagpakita ng emisyon mula sa high-velocity hydrogen gas. 

Ang Maliit na Pulang Tuldok na QSO1 (o Abell2744-QSO1) 

Ang QSO1 (o Abell2744-QSO1) ay isang prototipikal na Little Red Dot na may lapad na humigit-kumulang 1,300 light-years sa layong mahigit 13 bilyong light-years. Ito ay umiral sa unang bahagi ng uniberso 700 milyong taon lamang matapos ang Big Bang. Ito ay na-lens ng gravitational galaxy cluster na Abell 2744 (Pandora's Cluster), kaya naman ito ay parehong pinalaki at kinukuha nang triple, na lumilitaw sa tatlong magkakaibang lokasyon sa kalangitan. Bilang resulta, ang QSO1 ay mas madaling pag-aralan kaysa sa karamihan ng iba pang Little Red Dots. 

Ang detalyadong pag-aaral sa Little Red Dot (LRD) na ito ay humantong sa mga mananaliksik na maghinuha na ang ilang supermassive black hole ay napakalaki mula pa sa simula. Nabuo ang mga ito nang walang stellar collapse phase at walang mas malaking host galaxy na nagpapakain sa kanila. 

Ang QSO ay nangangahulugang Quasi-Stellar Object (karaniwang tinutukoy bilang quasar). 

Isiniwalat ng mga unang pag-aaral na ang QSO1 ay higit pa sa isang ulap ng kumikinang na hydrogen at helium gas na umiikot sa isang napakalaking black hole na halos 40 milyong beses ang masa ng Araw. Gayunpaman, walang katiyakan kung ganoon nga ba talaga ito kalaki. Ito ay dahil bago ngayon, lahat ng sukat ng masa ng mga black hole sa sinaunang uniberso ay hindi direkta, batay sa mga pagpapalagay mula sa nalalaman natin tungkol sa mga ito sa lokal na uniberso. Hindi natin alam kung ang mga pagpapalagay na iyon ay talagang naaangkop sa sinaunang uniberso. 

Kinilala ng mga mananaliksik na kung ang black hole ng QSO1 ay talagang ganoon kalaki, dapat nilang magamit ang integral field unit (IFU) sa JWST upang masubaybayan ang mga epekto ng grabidad nito sa gas na umiikot sa paligid nito, habang minamapa rin ang distribusyon ng iba't ibang elemento sa gas. Kaya naman, ginamit nila ang mga obserbasyon ng IFU at minapa ang mga galaw ng hydrogen gas na nakapalibot sa black hole. 

Ang plot ng bilis ng pag-ikot bilang isang function ng distansya mula sa sentro ay nagsiwalat na ang gas ay may Keplerian motion na nangangahulugang karamihan sa masa ng Little Red Dot QSO1 ay naka-concentrate sa black hole sa gitna. Kung ang masa ay ipinamahagi, ang gas ay hindi umiikot sa isang gitnang punto sa perpektong paraan ng Keplerian sa parehong paraan ng pag-ikot ng mga planeta sa Araw sa solar system. 

Dahil ang galaw ni Keplerian ay pinamamahalaan ng mga batas ng grabidad, ang mga sukat ng bilis ng gas ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na direktang kalkulahin ang masa ng black hole. Ito ang unang direktang pagsukat ng masa ng black hole noong unang bahagi ng uniberso. Natuklasan na ang black hole ng QSO1 ay humigit-kumulang 50 milyong masa ng araw. Gayundin, ang black hole na ito ay dalawang-katlo ng kabuuang masa ng QSO1. Ito ay lubhang bihira dahil ang mga supermassive black hole sa mga kalapit na galaksiya ay karaniwang bumubuo lamang ng isang maliit na bahagi ng kabuuang masa ng host galaxy.

Dagdag pa rito, ipinakita ng pagsusuri sa mga mapa ng komposisyon ng IFU na ang gas sa buong QSO1 ay halos purong hydrogen at helium. Ang isang kalawakan na mayaman sa mga bituin at mga labi ng bituin ay dapat magkaroon ng mas mabibigat na elemento tulad ng oxygen, ngunit ang QSO1 ay may napakababang metalicity, mas mababa sa 0.5% ng Araw, na nagpapahiwatig na ang QSO1 ay may isang napakalinis na kapaligirang galaktiko.

Ang napakalaking masa ng QSO1 kumpara sa host galaxy nito ay nagmumungkahi na hindi ito dapat nabuo mula sa unti-unting pagsasanib at pagpapakain ng mas maliliit na stellar-mass black hole. Tila, ang black hole ng Little Red Dot QSO1 ay nauna pa sa proseso ng stellar evolution. Maaaring ito ay umunlad mula sa isang mabigat na binhi na nabuo sa loob ng unang segundo ng Big Bang (primordial black hole) o medyo mas huli mula sa pagbagsak ng isang higanteng ulap ng gas (direct collapse black hole) at maaaring nasa mga unang yugto ng pagbuo ng isang galaxy sa paligid nito. Sa ngayon ay hindi pa posible na sabihin kung ang supermassive black hole ng Little Red Dot QSO1 ay isang primordial black hole (PBH) o direct collapse black hole (DCBH); gayunpaman, mayroong ebidensya ng non-stellar formation ng mga black hole sa unang bahagi ng uniberso.

***

Sanggunian: 

1. Maiolino R., et al 2026. Isang black hole sa isang halos malinis na kalawakan na 700 Myr pagkatapos ng big bang. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Tomo 548, Isyu 1, Mayo 2026, staf2109. Inilathala noong 06 Abril 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Isang direktang pagsukat ng masa ng black-hole sa isang maliit na pulang tuldok sa mataas na redshift. Nature 653, 1017–1021 (2026). Inilathala noong ika-27 ng Mayo 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. Inihayag ng Webb ng NASA ang Black Hole na Nabuo Bago ang Galaxy Nito. Na-post noong 27 Mayo 2026. Makukuha sa https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Mga kaugnay na artikulo 

James Webb Space Telescope (JWST): Ang Unang Space Observatory na Nakatuon sa Pag-aaral ng Maagang Uniberso (6 Nobyembre 2021) 

Pag-aaral ng Early Universe: REACH Experiment para makita ang mailap na 21-cm na linya mula sa Cosmic Hydrogen(3 Agosto 2022) 

Brown Dwarfs (BDs): Tinutukoy ng James Webb Telescope ang Pinakamaliit na Bagay na nabuo sa paraang parang Bituin (5 Enero 2024) 

Hinahamon ng Pinakamatandang Black hole mula sa Early Universe ang Modelo ng Black hole Formation (24 Enero 2024) 

Maagang Uniberso: Ang Pinakamalayong Galaxy na "JADES-GS-z14-0" ay Hinahamon ang Mga Modelo ng Pagbuo ng Galaxy (12 Agosto 2024) 

Kabalintunaan ng Metal-rich Stars sa Early Universe (27 Septiyembre 2024)

***