Kas atsirado pirmiau – galaktika ar jos centre tūnanti supermasyvi juodoji skylė?
Dešimtmečius patogiausias atsakymas buvo galaktika. Pirmiausia dujos subyra į pirmąsias žvaigždes, žvaigždės kuria galaktiką, o masyviausios iš jų galiausiai kolapsuoja ir palieka santykinai mažas juodąsias skyles. Šios ryja dujas, jungiasi tarpusavyje ir per ilgą laiką užauga iki milijonus ar milijardus Saulių sveriančių monstrų.
Problema ta, kad „James Webb“ kosminis teleskopas pradėjo tokius monstrus rasti ten, kur pagal šį scenarijų jiems augti beveik nebuvo laiko.
2026 m. gegužę žurnale „Nature“ paskelbtas tyrimas pateikė kol kas vieną stipriausių įrodymų, kad bent viena supermasyvi juodoji skylė galėjo pradėti augti anksčiau už reikšmingą ją supančią galaktiką.
Objektas vadinamas Abell2744-QSO1. Jis egzistavo tada, kai Visatai buvo vos apie 700 mln. metų.
Jo centre – maždaug 50 milijonų Saulės masių juodoji skylė.
O aplink ją – stebėtinai mažai žvaigždžių.
Esmė
Esmė
„James Webb“ aptiko 50 mln. Saulės masių juodąją skylę beveik be galaktikos. Radinys keičia supratimą, kaip gimė pirmieji kosminiai milžinai.
- Aptikta 50 mln. Saulės masių juodoji skylė Objektas Abell2744-QSO1 egzistavo praėjus vos maždaug 700 mln. metų po Didžiojo sprogimo.
- Juodoji skylė sunkesnė už aplink ją esančias žvaigždes Tyrėjai nustatė, kad jos masė yra bent du kartus didesnė už visą leidžiamą žvaigždinę šeimininkės masę – visiškai priešinga situacija nei dabartinėse galaktikose.
- Tai pirmas toks tiesioginis masės matavimas ankstyvojoje Visatoje „Webb“ išmatavo aplink juodąją skylę skriejančių dujų judėjimą ir pagal jų orbitą apskaičiavo centrinio objekto masę, o ne vien netiesiogiai ją įvertino pagal spinduliuotę.
- Tačiau atsakymas dar nėra „juodosios skylės visada buvo pirmos“ QSO1 yra vienas ekstremalus objektas. Jis įrodo, kad juodosios skylės pirmumas yra įmanomas, tačiau neparodo, kad taip susiformavo visos galaktikos.
Juodoji skylė sunkesnė už savo galaktiką
Būtent masių santykis padarė QSO1 tokį neįprastą.
Tyrimo autoriai nustatė, kad aplink juodąją skylę esančios galaktikos žvaigždžių masė negali būti didesnė kaip maždaug 20 mln. Saulės masių. Pačios juodosios skylės masė – apie 50 mln. Saulės masių.
Vadinasi, juodoji skylė yra daugiau nei du kartus masyvesnė už visas galimas ją supančias žvaigždes kartu sudėjus.
Tyrimo autoriai šį objektą net apibūdina kaip itin „nuogą“ masyvią juodąją skylę.
Palyginimui, dabartinėje Visatoje situacija paprastai priešinga. Supermasyvi juodoji skylė sudaro tik mažą visos šeimininkės galaktikos žvaigždžių masės dalį.
QSO1 santykis nuo vietinėse galaktikose matomo santykio skiriasi maždaug trimis dydžio eilėmis.
NASA šį rezultatą apibendrino labai tiesiai: tai įrodymas, kad kai kurios supermasyvios juodosios skylės galėjo būti milžiniškos jau savo istorijos pradžioje ir formuotis be didelės žvaigždėmis turtingos galaktikos.
Kodėl šį kartą astronomai rezultatu pasitiki labiau?
Ankstyvųjų juodųjų skylių problema jau buvo žinoma ir anksčiau. „Webb“ atrado nemažai objektų, kurių apskaičiuotos masės atrodė nepatogiai didelės.
Tačiau beveik visi tokie įverčiai turėjo silpną vietą.
Juodosios skylės masė dažnai apskaičiuojama pagal šalia jos esančių dujų spektrinių linijų plotį ir spinduliuotės ryškumą, naudojant ryšius, kurie gerai patikrinti artimoje, dabartinėje Visatoje.
Neaišku buvo viena: ar tos pačios formulės tikrai veikia Visatai esant vos kelių šimtų milijonų metų amžiaus?
QSO1 atveju mokslininkams pavyko padaryti tai, ko anksčiau tokioje kosminėje epochoje padaryti nepavyko – tiesiogiai išmatuoti aplink centrinį objektą skriejančių dujų greitį skirtingais atstumais.
„Webb“ NIRSpec spektrografo IFU režimas parodė Keplerio tipo sukimąsi: kuo dujos arčiau centro, tuo greičiau jos skrieja.
Tai tas pats fizikos principas, pagal kurį planetos skrieja aplink Saulę.
Žinant dujų greitį ir atstumą iki centro galima apskaičiuoti, kokia masė jas laiko orbitoje.
Rezultatas – maždaug 50 mln. Saulės masių, sutampantis su ankstesniais netiesioginiais įverčiais.
Todėl „Nature“ tyrimas svarbus ne vien dėl rekordinio skaičiaus. Jis parodė, kad bent šiuo atveju didžiulės ankstyvųjų juodųjų skylių masės nėra vien netinkamai pritaikytos formulės iliuzija.
Aplink – beveik vien vandenilis ir helis
Antrasis netikėtumas atsirado išmatavus aplink juodąją skylę esančių dujų cheminę sudėtį.
Jos beveik visiškai sudarytos iš vandenilio ir helio. Sunkesnių elementų, tokių kaip deguonis, ten itin mažai – metalingumas nesiekia net 0,5 proc. Saulės vertės.
Kodėl tai svarbu?
Anglis, deguonis, geležis ir kiti sunkesni elementai dideliais kiekiais atsiranda žvaigždžių viduje ir išmetami į aplinką joms evoliucionuojant ar sprogstant.
Jei prieš QSO1 juodajai skylei atsirandant būtų ilgai gyvenusi didžiulė žvaigždėmis turtinga galaktika, astronomai tikėtųsi rasti gerokai labiau chemiškai praturtintas dujas.
Vietoj to matoma viena pirmykščių kada nors išmatuotų aplinkų.
Tai dar viena užuomina, kad juodoji skylė galėjo atsirasti labai anksti – dar prieš didžiąją dalį aplinkinės žvaigždėdaros.
Senasis scenarijus prasideda nuo žvaigždės
Klasikinis supermasyvios juodosios skylės gimimo kelias prasideda gana kukliai.
Visatoje susiformuoja pirmosios žvaigždės.
Labai masyvi žvaigždė baigia gyvenimą ir kolapsuoja.
Lieka kelių ar kelių dešimčių Saulės masių juodosios skylės „sėkla“.
Ji ryja dujas, jungiasi su kitomis juodosiomis skylėmis ir auga.
Po ilgo laiko galaktikos centre atsiranda milijonų ar milijardų Saulės masių objektas.
Šis modelis puikiai tinka daugeliui vėlesnės Visatos sistemų.
Problema atsiranda pažvelgus labai toli į praeitį.
Jei praėjus vos 500–700 mln. metų po Didžiojo sprogimo jau egzistuoja dešimčių ar net šimtų milijonų Saulės masių juodosios skylės, mažai pradinei sėklai tenka augti beveik maksimaliu įmanomu tempu praktiškai be pertraukos.
Kai kuriems objektams net to gali nepakakti.
Alternatyva – juodoji skylė gimsta jau didelė
Todėl astronomai jau seniai svarsto vadinamųjų sunkiųjų sėklų modelius.
Viename iš jų milžiniškas pirmykščių dujų debesis gali kolapsuoti beveik tiesiai į juodąją skylę, praleisdamas įprastą ilgai gyvenančios žvaigždės etapą.
Tokio tiesioginio kolapso sėkla iš karto galėtų būti tūkstančius ar net dešimtis tūkstančių kartų masyvesnė už juodąją skylę, likusią po vienos žvaigždės mirties.
Tuomet pasiekti dešimtis milijonų Saulės masių per pirmąjį Visatos milijardą metų tampa gerokai lengviau.
QSO1 duomenys labai gerai dera su tokia idėja.
Tyrimo autoriai svarsto ir dar radikalesnę galimybę – pirmykštes juodąsias skyles, galėjusias atsirasti dėl ekstremalių tankio svyravimų labai ankstyvoje Visatoje.
Tačiau čia svarbu nepainioti galimybės su atradimu. QSO1 neįrodo, kad aptikta pirmykštė juodoji skylė. Duomenys leidžia atmesti paprastą mažos žvaigždinės sėklos ir jau susiformavusios didelės galaktikos scenarijų, tačiau tikslus juodosios skylės gimimo mechanizmas dar nežinomas.
„Webb“ panašių ženklų matė ir anksčiau
QSO1 neatsirado vakuume. Nuo „James Webb“ mokslinių stebėjimų pradžios astronomai vis randa per anksti pasirodžiusių juodųjų skylių.
Vienas žinomiausių pavyzdžių – UHZ1, aptiktas „Webb“ ir „Chandra“ duomenyse. 2024 m. „Nature Astronomy“ tyrime jo juodosios skylės masė buvo įvertinta maždaug 10–100 mln. Saulės masių ir galėjo būti panaši į visos šeimininkės žvaigždžių masę. Objektą matome praėjus maždaug pusei milijardo metų po Didžiojo sprogimo.
Kitas objektas – GN-z11. „Webb“ spektroskopija parodė, kad galaktikoje, kurią matome Visatai esant vos kelių šimtų milijonų metų amžiaus, veikia maždaug milijono Saulės masių juodoji skylė, auganti ypač sparčiai.
Šie objektai leidžia svarstyti bent du kelius: kai kurios juodosios skylės galėjo gimti didelės, o kitos – pradėti mažesnės, bet trumpais laikotarpiais augti gerokai greičiau, nei anksčiau laikyta tipiška.
Ir tada atsirado „mažieji raudoni taškai“
Vienas netikėčiausių „James Webb“ atradimų yra gausi labai tolimų, kompaktiškų ir rausvų objektų populiacija, gavusi pavadinimą Little Red Dots – „mažieji raudoni taškai“.
QSO1 yra vienas jų.
Iš pradžių astronomai nežinojo, ar tai ypač tankios žvaigždžių galaktikos, ar aktyviai medžiagą ryjančios juodosios skylės.
2026 m. sausį „Nature“ paskelbtas tyrimas dar labiau sukomplikavo vaizdą: dalies šių objektų plačias spektrines linijas gali smarkiai išplėsti elektronų sklaida, todėl anksčiau apskaičiuotos juodųjų skylių masės galėjo būti per didelės net iki dviejų dydžio eilių.
Atrodė, kad ankstyvųjų „per didelių“ juodųjų skylių problema galbūt bent iš dalies išsispręs.
Tačiau QSO1 tapo labai svarbia išimtimi: jo masė buvo patikrinta kitu, dinaminiu metodu ir liko milžiniška.
Tai reiškia, kad ne kiekvienas raudonas taškas slepia 50 mln. Saulės masių juodąją skylę, tačiau bent kai kurie tokie objektai iš tiesų yra labai masyvūs.
Ar juodosios skylės galėjo „statytis“ savo galaktikas?
Čia prasideda įdomiausia naujojo scenarijaus dalis.
Jei juodoji skylė atsiranda labai anksti masyviame dujų debesyje, ji ne tik pasyviai laukia, kol aplink susiformuos galaktika.
Jos gravitacija traukia dujas. Medžiaga sukasi aplink centrą, dalis jos krinta į juodąją skylę, kita dalis gali formuoti žvaigždes. Aktyvi juodoji skylė kartu išskiria milžiniškus energijos kiekius ir gali tiek skatinti, tiek slopinti aplinkinę žvaigždėdarą.
Tokiu atveju galaktika ir jos centrinė juodoji skylė formuojasi ne pagal paprastą seką „galaktika → juodoji skylė“.
Galimas procesas labiau primena bendrą augimą, kuriame kai kada juodoji skylė gauna milžinišką startinį pranašumą.
NASA dabartinę interpretaciją formuluoja atsargiai: QSO1 gali būti juodoji skylė, kuri dar tik pradeda aplink save kurti reikšmingą galaktiką.
Ar tai tikrai „perrašo vadovėlius“?
Taip – jeigu seną vadovėlinę schemą suprantame kaip vienintelį galimą kelią.
Ne – jeigu iš to darome išvadą, kad astronomai jau nustatė universalią taisyklę „pirma visada atsiranda juodoji skylė“.
QSO1 yra vienas objektas, nors labai informatyvus. Ankstyvojoje Visatoje greičiausiai egzistavo keli skirtingi juodųjų skylių formavimosi keliai.
2026 m. teoriniai darbai taip pat rodo, kad net lengvos, po pirmųjų žvaigždžių likusios sėklos tam tikromis sąlygomis gali augti daug sparčiau, nei anksčiau manyta. „Nature Astronomy“ modeliavimas parodė, kad tankioje ankstyvosios Visatos aplinkoje tokios sėklos gali labai greitai priaugti masės.
Todėl diskusija šiandien nebėra paprastas pasirinkimas tarp dviejų variantų. Astronomai bando išsiaiškinti, kokia dalis juodųjų skylių gimė mažos ir augo neįtikėtinai greitai, o kokia dalis gimė jau labai masyvios.
„James Webb“ pakeitė patį klausimą
Iki šio teleskopo paleidimo didžiausia problema buvo rasti pakankamai ankstyvų objektų.
Dabar problema beveik priešinga – jų atsirado tiek daug ir jie tokie neįprasti, kad teorijai tenka vytis stebėjimus.
„Webb“ jau mato galaktikas, egzistavusias mažiau nei 300 mln. metų po Didžiojo sprogimo, bei vis didesnę ankstyvų aktyvių juodųjų skylių populiaciją.
QSO1 prie šio vaizdo prideda vieną labai svarbią detalę: bent vienu atveju centre esanti juodoji skylė nėra mažytė galaktikos dalis.
Ji yra dominuojantis objektas.
50 mln. Saulės masių juodoji skylė sėdi aplinkoje, kurioje dar beveik nėra nei žvaigždžių masės, nei žvaigždžių sukurtų sunkiųjų cheminių elementų.
Todėl į seną klausimą „kas buvo pirmiau?“ šiandien jau galima atsakyti tiksliau.
Nežinome, kas pirmiau atsirado visose galaktikose. Tačiau „James Webb“ dabar turi tiesioginį įrodymą, kad bent kai kuriuose Visatos kampuose juodoji skylė galėjo aplenkti savo galaktiką.
Ir jei daugiau QSO1 tipo objektų parodys tą patį, ankstyvosios Visatos istorija iš tiesų turės prasidėti ne vien nuo pirmųjų žvaigždžių.
Joje vienas pirmųjų pagrindinių veikėjų galėjo būti ir juodoji skylė.
Komentarai