Izarren kolapsotik sortutako zulo beltza 

JWSTk unibertsoaren hasieran (Big Bangaren ondorengo 700 milioi urte inguru) behatutako Little Red Dot (LRD) Abell 2744-QSO1 zulo beltza zulo beltz supermasibo bat da, egungo tamainara iritsi dena, elikatzeko galaxia handiagorik gabe. Izarren eboluzioaren eredu estandarraren arabera, zulo beltzak izar handiagoen heriotzatik sortzen dira, beren bizitzaren amaieran, izarren nukleoaren kolapsoaren ondorioz erregaia agortzen zaienean. Zulo beltz hauek tamainaz hazten dira, galaxia askoz handiago bateko materiaz elikatuz. Little Red Dot QSO1 zulo beltza ez dator bat marko honetan eta berria da. Zuzenean sortzen da izarren eboluzio estandarrik gabe, hau da, ez da hiltzen ari den izar handi baten nukleoaren kolapsoaren hondarra . Horren ordez, zuzeneko kolapsoko zulo beltza (DCBH) edo zulo beltz primordiala (PBH) da. Izarren kolapsotik sortu ez diren zulo beltzak lehenago teorizatu ziren. Hau izarren eboluzio estandarraz haragoko prozesu baten bidez sortzen den zulo beltz baten froga da.

Nola sortzen da zulo beltz bat? Izarren eboluzioaren eredu estandarraren arabera, zulo beltzak izar masiboen eboluzioaren azken faseko produktuak dira. Izarrek aldaketak jasaten dituzte denboraren poderioz. 

Izar baten bizitza galaxiako gas eta hauts hodei interestelar handietan hasten da, tenperatura baxuak gasen multzokatzetik dentsitate handiko poltsikoetaraino. Multzoek pixkanaka gero eta materia gehiago biltzen dute eta hazten dira. Une batean, multzoak kolapsatzen dira barnerako grabitazio-indarraren areagotzearen ondorioz. Kolapsoan zeharreko marruskadurak materia berotzen du eta izar txiki bat jaiotzen da. Hau izarren bizi-zikloko protoizarren etapa da. Grabitazio-kolapsoa gehiago jarraitzen du, eta horrek protoizarraren nukleoan tenperatura eta presioa pixkanaka igotzea eragiten du. Denborarekin, tenperatura eta presioa nahikoa altuak bihurtzen dira hidrogeno nukleoak fusionatzeko. Fusio nuklearrak energia kantitate handia askatzen du, eta horrek materia nahikoa berotzen du grabitatearen pean kolapso gehiago saihesteko. Hau izarraren "sekuentzia nagusiaren etapa" da. Hidrogenoa da erregai nagusia. 

Erregaia agortzen denean, fusio nuklearra gelditzen da eta ez dago energiarik materialak berotzeko grabitatearen indarra orekatzeko barnerantz, eta nukleoa kolapsatu egiten da, hondakin trinko bat utziz. Hau da izarraren amaiera. Izar hila edo hondakin trinkoa nano zuri bat, neutroi izar bat edo zulo beltz bat da, jatorrizko izarraren masaren arabera. 20 eguzki-masa baino astunagoak diren izarrak (>20 M⦿) zulo beltz bihurtzen dira izarren eboluzioaren amaieran, erregaia agortzen denean. Hau da modu estandarra: izarrak eta galaxiak sortzen dira lehenik, eta zulo beltzak geroago, izarren eboluzioaren amaierako fasean. Zulo beltz horien masa galaxiaren masa orokorra baino askoz txikiagoa da.

Zulo beltzen eraketa ez-izarra

Zulo beltzak izarren nukleoaren kolapsoaz gain beste modu batzuetatik sor daitezke? Bi "izarrez kanpoko" eraketa-bide teorizatu dira. 

Unibertsoaren hasierako fasean, gas hodei handi bat zuzenean zulo beltz batean erori daiteke, izarren eraketa eta eboluzio normala saihestuz, eta Zulo Beltz Zuzeneko Kolapsoa (ZBE) deitzen ditugunak sortuz. Izarren eboluzio estandarraren parte-hartzerik gabe zuzenean sortutako beste zulo beltz hipotetikoak Zulo Beltz Primordialak (ZBE) dira. ZBEak Big Bangaren erlikiak dira, Big Bangaren ondoren gutxira unibertsoaren hasierako dentsitate-gorabehera handietan sortuak. 

"Izarrez kanpoko" kanalen bidez sortutako zulo beltzak teorizatuak baino ez dira, beraz, hipotetikoak dira. Baina gauzak azkar aldatzen hasi ziren 2021eko abenduan JWST jaurtiketarekin, unibertsoaren hasierako azterketarako dedikatutako infragorri espazioko behatoki bat.

James Webb espazio-teleskopioak (JWST) unibertsoaren hasierako azterketa irauli du 

JWST-k hainbat behaketa egin ditu, unibertso goiztiarra ulertzeko dugun gaitasuna zalantzan jartzen dutenak. JADES-GS-z14-0 galaxiaren behaketa 14.32ko gorriranzko desplazamendu batean, ezagutzen den galaxia urrunena bihurtzen duena. Galaxia hau unibertso goiztiarrean sortu zen, Big Bang-aren ondorengo 290 milioi urte inguru, baina galaxia handi, masibo eta oso argitsua da. Metaletan aberatsa dela ere ikusi da, hau da, izar masiboen belaunaldiek beren bizitza-ibilbidea amaituko zutela jaiotzetik supernoba leherketaraino, unibertso goiztiarrean, 290 milioi urte inguru lehenago. Era berean, Big Bang-aren ondorengo mila milioi urte inguruko GS-NDG-9422 unibertso goiztiarreko galaxia kimikoki konplexua dela ikusi da, III. Populazioko izarrik gabe. Gaur egungo ulermenaren arabera, unibertso goiztiarreko izarren lehen belaunaldia III. Populazioko izarrak izan beharko lirateke, zero metalikotasunarekin. (Astronomian, helioa baino astunagoa den edozein elementu metaltzat hartzen da. Oxigenoa, nitrogenoa eta abar bezalako ez-metal kimikoak metalak dira testuinguru kosmologikoan. Izarrek metalez aberasten dira supernoba gertaeraren ondorengo belaunaldi bakoitzean). 

JWST-k zulo beltz supermasiboak ere ikusi ditu unibertsoaren hasierako fasean. Horrelako zulo beltz bat Big Bangaren ondorengo 700 milioi urte ingurukoa zen eta Eguzkiaren masa baino milioi bat aldiz handiagoa zen. Dena JWST-k 2022an JWST-k argitaratutako lehen datuetan ikusi ziren Puntu Gorri Txikiak (LRD) behatzean hasi zen. Kolore gorriko objektu trinko hauek V formako espektroak zituzten eta abiadura handiko hidrogeno gasaren igorpena erakusten zuten. 

Puntu Gorri Txikia QSO1 (edo Abell2744-QSO1) 

QSO1 (edo Abell2744-QSO1) 1,300 argi-urteko diametroa duen Puntu Gorri Txiki prototipiko bat da, 13 milioi argi-urteko distantziara. Unibertsoaren hasieran existitu zen, Big Bangaren ondorengo 700 milioi urtera. Abell 2744 galaxia-kumuluak (Pandoraren kumuluak) grabitazio-lentea eragiten dio, beraz, handitua eta hirukoiztutako irudiak ditu, zeruan hiru kokapen ezberdinetan agertuz. Ondorioz, QSO1 errazagoa da aztertzen beste Puntu Gorri Txiki gehienak baino. 

Puntu Gorri Txiki (LRD) honen azterketa zehatzak ikertzaileak ondorioztatu ditu zulo beltz supermasibo batzuk hasieratik erraldoiak zirela. Izarren kolapso faserik gabe eta elikatzeko askoz masiboagoa den galaxia ostalaririk gabe sortu ziren. 

QSO Quasi-Stellar Object (kuasar gisa ezagutzen dena) esan nahi du. 

Hasierako ikerketek agerian utzi zuten QSO1 Eguzkiaren masa baino 40 milioi aldiz handiagoa den zulo beltz supermasibo baten inguruan dabilen hidrogeno eta helio gas hodei distiratsu bat baino gehiago dela. Hala ere, ziurgabetasuna zegoen benetan hain masiboa zen ala ez. Hau gertatu zen, orain arte, unibertso goiztiarreko zulo beltzen masa neurketa guztiak zeharkakoak izan direlako, unibertso lokalean haiei buruz dakigunaren araberako hipotesietan oinarrituta. Ez genekien hipotesi horiek benetan unibertso goiztiarrean aplikatzen ziren ala ez. 

Ikertzaileek aitortu zuten QSO1-en zulo beltza hain masiboa bada, JWST-ko eremu integralaren unitate (IFU) erabili ahal izango luketela haren grabitateak inguruan biraka dabilen gasean dituen efektuak aztertzeko, eta, aldi berean, gaseko hainbat elementuren banaketa mapatzeko. Horregatik, IFU behaketak erabili zituzten zulo beltza inguratzen duen hidrogeno gasaren mugimenduak mapatzeko. 

Errotazio-abiaduraren grafikoak, erdigunetik distantziaren arabera, agerian utzi zuen gasak mugimendu keplerra zuela, hau da, QSO1 puntu gorri txikiaren masa gehiena erdiguneko zulo beltzean kontzentratzen dela. Masa banatuta egongo balitz, gasak ez luke puntu zentralean orbitatuko modu keplerra perfektuan, planetak eguzki-sisteman Eguzkiaren inguruan orbitatzen duten modu berean. 

Keplerren mugimendua grabitatearen legeek arautzen dutenez, gasaren abiaduraren neurketek ikertzaileei zulo beltzaren masa zuzenean kalkulatzeko aukera eman zieten. Unibertso goiztiarreko zulo beltzaren masaren lehen neurketa zuzena izan zen hau. QSO1-en zulo beltzak 50 milioi eguzki-masa inguru dituela aurkitu zen. Gainera, zulo beltz hau QSO1-en masa osoaren bi heren da. Oso arraroa da hau, inguruko galaxietako zulo beltz supermasiboek, oro har, galaxia ostalariaren masa osoaren zati txiki bat baino ez baitute osatzen.

Gainera, IFU konposizio-mapen analisiak erakutsi zuen QSO1 osoko gasa ia osorik hidrogenoa eta helioa dela. Izarrez eta izar-hondakinez betetako galaxia batek oxigenoa bezalako elementu astunagoak izan beharko lituzke, baina QSO1-ek metalikotasun oso baxua du, Eguzkiaren % 0.5 baino gutxiago, eta horrek esan nahi du QSO1-ek ingurune galaktiko oso garbia duela.

QSO1-en masa masiboa bere galaxiarekin alderatuta iradokitzen du ez zela izar-masa txikiagoko zulo beltzen pixkanaka-pixkanaka bat-egite eta elikaduraz sortu. Antza denez, QSO1 Puntu Gorri Txikiaren zulo beltza izarren eboluzio-prozesua baino lehenagokoa da. Big Bang-aren lehen segundoan sortutako hazi astun batetik eboluzionatu zezakeen (zulo beltz primordiala) edo pixka bat beranduago gas hodei erraldoi baten kolapsotik (zulo beltz zuzeneko kolapsoa) eta inguruan galaxia bat eraikitzeko hasierako faseetan egon daiteke. Momentuz ezin da esan QSO1 Puntu Gorri Txikiaren zulo beltz supermasiboa zulo beltz primordiala (PBH) edo zulo beltz zuzeneko kolapsoa (DCBH) den; hala ere, badaude zulo beltzak izarrez kanpoko eraketaren frogak unibertsoaren hasieran.

***

References: 

1. Maiolino R., et al 2026. Zulo beltz bat galaxia ia garbi batean, Big Bangaren ondorengo 700 milioi urte. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 548. liburukia, 1. zenbakia, 2026ko maiatza, staf2109. Argitaratua 2026ko apirilaren 06an. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Zulo beltz baten masa-neurketa zuzena puntu gorri txiki batean, redshift altuan. Nature 653, 1017–1021 (2026). Argitaratua 2026ko maiatzaren 27an. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. NASAko Webbek bere galaxiaren aurretik sortutako zulo beltza agerian utzi du. 2026ko maiatzaren 27an argitaratua. Eskuragarri hemen: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Gaiarekin lotutako artikuluak 

James Webb Espazio Teleskopioa (JWST): Unibertsoaren Hasierako Azterketari Eskainitako Lehenengo Espazio Behatokia (2021eko azaroaren 6a)

Unibertso goiztiarraren azterketa: REACH esperimentuak hidrogeno kosmikotik 21 cm-ko lerro iheskorra detektatzeko aukera emango du (2022ko abuztuaren 3a)

Nano marroiak (BD): James Webb teleskopioak izar itxurako objektu txikiena identifikatu du (2024ko urtarrilaren 5a)

Unibertsoaren hasierako zulo beltz zaharrenak zulo beltzen sorreraren eredua zalantzan jartzen du (2024ko urtarrilaren 24a)

Unibertsoaren Hasiera: “JADES-GS-z14-0” galaxia urrunenak galaxia eraketa ereduei erronka egiten die (2024ko abuztuaren 12a)

Unibertso goiztiarreko izar metalikoen paradoxa (2024ko irailaren 27a)

***