Սև խոռոչ, որը չի առաջացել աստղային փլուզումից 

JWST-ի կողմից վաղ տիեզերքում (Մեծ պայթյունից մոտ 700 միր) դիտարկված Abell 2744-QSO1 փոքրիկ կարմիր կետի (LRD) սև խոռոչը գերզանգվածային սև խոռոչ է, որը մեծացել է իր ներկայիս չափսերին՝ առանց շատ ավելի մեծ գալակտիկայի, որը կսնուցի այն: Աստղային էվոլյուցիայի ստանդարտ մոդելի համաձայն՝ սև խոռոչները ձևավորվում են ավելի մեծ աստղերի մահից՝ իրենց կյանքի ավարտին, երբ նրանց վառելիքը սպառվում է աստղային միջուկի փլուզման հետևանքով: Այս սև խոռոչները մեծանում են՝ սնվելով շատ ավելի մեծ գալակտիկայի նյութով: QSO1 փոքրիկ կարմիր կետի սև խոռոչը չի համապատասխանում այս շրջանակին և նորարարական է: Այն ձևավորվել է անմիջապես՝ առանց ստանդարտ աստղային էվոլյուցիայի, այսինքն՝ այն մնացորդ չէ: մեծ մեռնող աստղի միջուկի փլուզման։ Փոխարենը, դա կամ ուղղակի փլուզման սև խոռոչ է (DCBH), կամ նախնադարյան սև խոռոչ (PBH): Աստղային փլուզումից չառաջացած սև խոռոչների մասին տեսություններ առաջ էին քաշվել ավելի վաղ։ Սա վկայում է սև խոռոչի մասին, որը ձևավորվում է ստանդարտից դուրս գործընթացի միջոցով։ աստղային էվոլյուցիա.  

Ինչպե՞ս է ձևավորվում սև խոռոչը։ Աստղային էվոլյուցիայի ստանդարտ մոդելի համաձայն՝ սև խոռոչները մեծ աստղերի էվոլյուցիայի վերջնական փուլի արդյունք են։ Աստղերը ժամանակի ընթացքում ենթարկվում են փոփոխությունների։ 

Աստղի կյանքը սկսվում է գալակտիկայում գազի և փոշու մեծ միջաստղային ամպերում՝ ցածր ջերմաստիճանի պատճառով գազերի կուտակմամբ մինչև բարձր խտության գրպաններ։ Կույտերը աստիճանաբար ավելի ու ավելի շատ նյութ են հավաքում և աճում։ Որոշակի պահի կույտերը փլուզվում են ներքին ձգողականության ուժի աճի պատճառով։ Փլուզման ընթացքում առաջացող շփումը տաքացնում է նյութը, և ծնվում է փոքրիկ աստղ։ Սա աստղային կյանքի ցիկլի նախաաստղի փուլն է։ Ձգողականության փլուզումը շարունակվում է՝ հանգեցնելով նախաաստղի միջուկում ջերմաստիճանի և ճնշման աստիճանական բարձրացման։ Ժամանակի ընթացքում ջերմաստիճանը և ճնշումը բավականաչափ բարձր են դառնում, որպեսզի ջրածնի միջուկները միաձուլվեն։ Միջուկային միաձուլումը անջատում է հսկայական քանակությամբ էներգիա, որը բավականաչափ տաքացնում է նյութը՝ ձգողականության ազդեցության տակ հետագա փլուզումը կանխելու համար։ Սա աստղի «գլխավոր հաջորդականության փուլն» է։ Ջրածինը հիմնական վառելիքն է։ 

Երբ վառելիքը վերջանում է, միջուկային միաձուլումը դադարում է, և այլևս էներգիա չկա նյութերը տաքացնելու համար՝ ներքին ձգողականության ուժը հավասարակշռելու համար, և միջուկը փլուզվում է՝ թողնելով կոմպակտ մնացորդ։ Սա աստղի վերջն է։ Մեռած աստղը կամ կոմպակտ մնացորդը կամ սպիտակ թզուկ է, կամ նեյտրոնային աստղ, կամ Սեւ անցք կախված սկզբնական աստղի զանգվածից: 20 արեգակնային զանգվածից (>20 M⦿) ծանր աստղերը դառնում են սև խոռոչներ աստղային էվոլյուցիայի ավարտին, երբ վառելիքը սպառվում է: Սա ստանդարտ ձևն է. աստղերն ու գալակտիկաները ձևավորվում են նախ, իսկ սև խոռոչները՝ ավելի ուշ՝ որպես աստղային էվոլյուցիայի վերջնական փուլ: Նման սև խոռոչների զանգվածը շատ ավելի փոքր է, քան գալակտիկայի ընդհանուր զանգվածը: 

Սև խոռոչների ոչ աստղային ձևավորումը

Կարո՞ղ են սև խոռոչները առաջանալ աստղային միջուկի փլուզումից բացի այլ եղանակներով։ Տեսականորեն առաջ են քաշվել երկու «ոչ աստղային» առաջացման ալիքներ։ 

Վաղ տիեզերքում մեծ նախնադարյան գազային ամպը կարող էր ուղղակիորեն փլուզվել սև խոռոչի մեջ՝ շրջանցելով աստղերի նորմալ ձևավորումն ու էվոլյուցիան, ինչը հանգեցնում է այն բանին, ինչը մենք անվանում ենք ուղիղ փլուզման սև խոռոչներ (ՈւՓԽ): Մյուս հիպոթետիկ սև խոռոչները, որոնք ձևավորվել են անմիջապես՝ առանց ստանդարտ աստղային էվոլյուցիայի մասնակցության, Նախնադարյան սև խոռոչներն են (ՆՍԽ): ՆՍԽ-ները Մեծ պայթյունի մնացորդներ են, որոնք ձևավորվել են շատ վաղ տիեզերքի ծայրահեղ խտության տատանումների ժամանակ Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո: 

«Ոչ աստղային» ալիքներով ձևավորված սև խոռոչները միայն տեսականորեն են ենթադրվում, ուստի դրանք հիպոթետիկ են։ Սակայն իրավիճակը սկսեց արագ փոխվել 2021 թվականի դեկտեմբերին JWST-ի՝ վաղ տիեզերքի ուսումնասիրությանը նվիրված ինֆրակարմիր տիեզերական աստղադիտարանի արձակմամբ։

Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակը (JWST) հեղափոխություն է մտցնում վաղ տիեզերքի ուսումնասիրության մեջ 

JWST-ն մի քանի դիտարկումներ է կատարել, որոնք կասկածի տակ են դնում վաղ տիեզերքի մեր ըմբռնումը: JADES-GS-z14-0 գալակտիկայի դիտարկումը 14.32 կարմիր շեղումով, ինչը այն դարձնում է հայտնի ամենահեռավոր գալակտիկան: Այս գալակտիկան ձևավորվել է վաղ տիեզերքում՝ Մեծ պայթյունից մոտ 290 միլիոն տարի անց, սակայն այն մեծ, զանգվածեղ և բարձր լուսավոր գալակտիկա է: Այն նաև պարզվել է, որ հարուստ է մետաղներով, ինչը նշանակում է, որ զանգվածեղ աստղերի սերունդները վաղ տիեզերքում արդեն ավարտել են իրենց կյանքի ընթացքը՝ ծնունդից մինչև գերնոր աստղի պայթյուն, մոտ 290 միլիոն տարի առաջ: Նմանապես, վաղ տիեզերքի GS-NDG-9422 գալակտիկան, որը թվագրվում է Մեծ պայթյունից մոտ մեկ միլիարդ տարի անց, քիմիապես բարդ է, առանց III բնակչության աստղերի: Ըստ ներկայիս ըմբռնման, վաղ տիեզերքի աստղերի առաջին սերունդը պետք է լինի III բնակչության աստղեր՝ զրոյական մետաղականությամբ: (Աստղագիտության մեջ հելիումից ծանր ցանկացած տարր համարվում է մետաղ: Քիմիական ոչ մետաղները, ինչպիսիք են թթվածինը, ազոտը և այլն, մետաղներ են տիեզերական համատեքստում: Աստղերը հարստանում են մետաղներով յուրաքանչյուր սերնդում գերնոր աստղի պայթյունից հետո): 

JWST-ն նաև վաղ տիեզերքում դիտարկել է գերզանգվածային սև խոռոչներ: Այդպիսի սև խոռոչներից մեկը թվագրվում է Մեծ պայթյունից մոտ 700 միլիոն տարի անց և չափվում է Արեգակի զանգվածից մոտ մի քանի միլիոն անգամ մեծ: Ամեն ինչ սկսվեց JWST-ի կողմից Փոքրիկ կարմիր կետերի (LRD) դիտարկմամբ, որոնք նկատվել էին JWST-ի 2022 թվականի առաջին տվյալների հրապարակման ժամանակ: Այս կարմիր գույնի կոմպակտ օբյեկտներն ունեին V-աձև սպեկտրներ և ցույց էին տալիս բարձր արագությամբ ջրածնային գազի ճառագայթում: 

Փոքրիկ կարմիր կետ QSO1 (կամ Abell2744-QSO1) 

QSO1-ը (կամ Abell2744-QSO1) մոտ 1,300 լուսային տարվա տրամագծով և ավելի քան 13 միլիարդ լուսային տարվա հեռավորության վրա գտնվող Փոքրիկ Կարմիր Կետի նախատիպ է: Այն գոյություն է ունեցել վաղ տիեզերքում՝ Մեծ պայթյունից ընդամենը 700 միլիոն տարի անց: Այն գրավիտացիոն ոսպնյակի ազդեցության տակ է գտնվում Abell 2744 գալակտիկաների կույտի (Պանդորայի կույտ) կողմից, հետևաբար այն և՛ մեծացված է, և՛ եռակի պատկերված՝ հայտնվելով երկնքում երեք տարբեր վայրերում: Արդյունքում, QSO1-ը ավելի հեշտ է ուսումնասիրել, քան մյուս Փոքրիկ Կարմիր Կետերի մեծ մասը: 

Այս Փոքրիկ Կարմիր Կետի (ՓԿԿ) մանրամասն ուսումնասիրությունը հետազոտողներին հանգեցրել է այն եզրակացության, որ որոշ գերզանգվածային սև խոռոչներ սկզբից հսկայական են եղել։ Դրանք ձևավորվել են առանց աստղային փլուզման փուլի և առանց զգալիորեն ավելի զանգվածեղ հյուրընկալող գալակտիկայի, որը կսնուցեր դրանք։ 

QSO-ն նշանակում է կիսաստղային օբյեկտ (սովորաբար անվանում են քվազար): 

Սկզբնական ուսումնասիրությունները ցույց էին տվել, որ QSO1-ը ավելին է, քան պարզապես փայլող ջրածնի և հելիումի գազի ամպ, որը պտտվում է գերհզոր սև խոռոչի շուրջ, որի զանգվածը մոտ 40 միլիոն անգամ մեծ է Արեգակից։ Սակայն անորոշություն կար այն մասին, թե արդյոք այն իսկապես այդքան զանգվածային էր։ Դա պայմանավորված էր նրանով, որ մինչ այժմ վաղ տիեզերքում սև խոռոչների զանգվածի բոլոր չափումները անուղղակի էին, հիմնված տեղական տիեզերքում դրանց մասին մեր իմացած ենթադրությունների վրա։ Մենք չգիտեինք, թե արդյոք այդ ենթադրությունները իսկապես վերաբերում են վաղ տիեզերքին։ 

Հետազոտողները հասկացան, որ եթե QSO1-ի ​​սև խոռոչն իսկապես այդքան մեծ է, նրանք պետք է կարողանան օգտագործել JWST-ի ինտեգրալ դաշտի միավորը (IFU)՝ դրա ձգողության ազդեցությունը դրա շուրջը պտտվող գազի վրա հետևելու, միաժամանակ քարտեզագրելով գազի մեջ տարբեր տարրերի բաշխումը: Հետևաբար, նրանք օգտագործեցին IFU դիտարկումները և քարտեզագրեցին սև խոռոչի շուրջ ջրածնի գազի շարժումները: 

Պտտման արագության գրաֆիկը կենտրոնից հեռավորության ֆունկցիայի տեսքով ցույց տվեց, որ գազն ունի Կեպլերյան շարժում, ինչը նշանակում է, որ QSO1 փոքրիկ կարմիր կետի զանգվածի մեծ մասը կենտրոնացած է կենտրոնում գտնվող սև խոռոչում: Եթե զանգվածը բաշխված լիներ, գազը չէր պտտվի կենտրոնական կետի շուրջ կատարյալ Կեպլերյան ձևով, ինչպես մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջ Արեգակնային համակարգում: 

Հաշվի առնելով, որ Կեպլերի շարժումը կարգավորվում է ձգողականության օրենքներով, գազի արագության չափումները թույլ տվեցին հետազոտողներին ուղղակիորեն հաշվարկել սև խոռոչի զանգվածը: Սա վաղ տիեզերքի սև խոռոչի զանգվածի առաջին ուղղակի չափումն էր: Պարզվեց, որ QSO1-ի ​​սև խոռոչը մոտ 50 միլիոն արեգակնային զանգված ունի: Բացի այդ, այս սև խոռոչը կազմում է QSO1-ի ​​ընդհանուր զանգվածի երկու երրորդը: Սա խիստ անսովոր է, քանի որ մոտակա գալակտիկաների գերզանգվածային սև խոռոչները սովորաբար կազմում են հյուրընկալող գալակտիկայի ընդհանուր զանգվածի միայն մի փոքր մասը:

Ավելին, IFU կազմի քարտեզների վերլուծությունը ցույց տվեց, որ QSO1-ի ​​ամբողջ գազը գրեթե ամբողջությամբ կազմված է ջրածնից և հելիումից: Աստղերով և աստղային բեկորներով հարուստ գալակտիկան պետք է ունենա ավելի ծանր տարրեր, ինչպիսին է թթվածինը, սակայն QSO1-ն ունի չափազանց ցածր մետաղականություն՝ Արեգակի 0.5%-ից պակաս, ինչը ենթադրում է, որ QSO1-ն ունի շատ անաղարտ գալակտիկական միջավայր:

QSO1-ի ​​հսկայական զանգվածը իր հյուրընկալ գալակտիկայի նկատմամբ ենթադրում է, որ այն չպետք է առաջացած լինի ավելի փոքր աստղային զանգված ունեցող սև խոռոչների աստիճանական միաձուլումից և սնուցումից: Ըստ երևույթին, Փոքրիկ Կարմիր Կետ QSO1-ի ​​սև խոռոչը նախորդում է աստղային էվոլյուցիայի գործընթացին: Այն կարող է առաջացած լինել Մեծ Պայթյունի առաջին վայրկյանին (նախնադարյան սև խոռոչ) կամ որոշ չափով ավելի ուշ՝ գազի հսկա ամպի փլուզումից (ուղղակի փլուզման սև խոռոչ) և կարող է գտնվել դրա շուրջ գալակտիկայի կառուցման վաղ փուլերում: Այս պահին հնարավոր չէ ասել, թե Փոքրիկ Կարմիր Կետ QSO1-ի ​​գերզանգվածային սև խոռոչը նախնադարյան սև խոռոչ է (PBH), թե ուղղակի փլուզման սև խոռոչ (DCBH). սակայն, կան վաղ տիեզերքում սև խոռոչների ոչ աստղային ձևավորման վկայություններ:

***

Հիշատակում: 

1. Մաիոլինո Ռ., et al 2026թ.։ Սև անցք գրեթե անաղարտ գալակտիկայում՝ 700 Միր, Մեծ պայթյունից հետո։ Թագավորական աստղագիտական ​​ընկերության ամսական ծանուցումներ, հատոր 548, թողարկում 1, մայիս 2026, staf2109։ Հրատարակվել է 2026թ. ապրիլի 06-ին։ DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Յուոջբալիս, Ի., Մարկոնչինի, Կ., Դ'Եվգենիո, Ֆ. և այլք։ Սև խոռոչի զանգվածի ուղղակի չափում փոքր կարմիր կետում բարձր կարմիր շեղման դեպքում։ Nature 653, 1017–1021 (2026)։ Հրատարակված՝ 2026 թվականի մայիսի 27-ին։ DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. ՆԱՍԱ-ի Ուեբբ աստղադիտակը բացահայտում է սև խոռոչ, որը ձևավորվել է իր գալակտիկայից առաջ։ Հրապարակվել է 2026 թվականի մայիսի 27-ին։ Հասանելի է հետևյալ հասցեով՝ https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Առնչվող հոդվածներ 

Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակ (JWST): Առաջին տիեզերական աստղադիտարանը, որը նվիրված է վաղ տիեզերքի ուսումնասիրությանը (6 նոյեմբերի 2021) 

Վաղ Տիեզերքի ուսումնասիրություն. REACH-ի փորձ՝ տիեզերական ջրածնից 21 սմ երկարությամբ գիծ հայտնաբերելու համար(3 օգոստոսի 2022) 

Շագանակագույն թզուկներ (BDs). Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը նույնացնում է աստղանման ձևով ձևավորված ամենափոքր օբյեկտը (5 հունվարի 2024 թ.) 

Վաղ տիեզերքի ամենահին սև խոռոչը մարտահրավեր է նետում սև խոռոչի ձևավորման մոդելին (24 հունվարի 2024 թ.) 

Վաղ Տիեզերք. Ամենահեռավոր Գալակտիան «JADES-GS-z14-0» մարտահրավեր է նետում Գալակտիկայի ձևավորման մոդելներին (12 օգոստոսի 2024) 

Մետաղով հարուստ աստղերի պարադոքսը վաղ տիեզերքում (27 սեպտեմբերի 2024 թ.)

***