O burato negro do Pequeno Punto Vermello (LRD) Abell 2744-QSO1 observado polo JWST no universo primitivo (uns 700 anos despois do Big Bang) é un burato negro supermasivo que creceu ata o seu tamaño actual sen unha galaxia moito máis grande que o alimente. Segundo o modelo estándar de evolución estelar, os buratos negros fórmanse a partir da morte de estrelas máis grandes ao final do seu curso de vida cando se lles esgota o combustible como resultado do colapso do núcleo estelar. Estes buratos negros medran en tamaño alimentándose de materia dunha galaxia moito máis grande. O burato negro do Pequeno Punto Vermello QSO1 non encaixa neste marco e é novedoso. Fórmase directamente sen a evolución estelar estándar, é dicir, non é un remanente do colapso do núcleo dunha gran estrela moribunda. En cambio, é un burato negro de colapso directo (DCBH) ou un burato negro primordial (PBH). Os buratos negros non formados a partir do colapso estelar foron teorizados anteriormente. Isto é evidencia dun burato negro que se forma a través dun proceso máis alá da evolución estelar estándar.
Como se forma un burato negro? Segundo o modelo estándar da evolución estelar, os buratos negros son os produtos finais da evolución de estrelas masivas. As estrelas sofren cambios co paso do tempo.
A vida dunha estrela comeza en grandes nubes interestelares de gas e po na galaxia con aglomeracións de gases debido á baixa temperatura a bolsas de alta densidade. Os grupos acumulan gradualmente máis e máis materia e medran. Nalgún momento, os grupos colapsan debido ao aumento da forza gravitacional cara a dentro. A fricción durante o colapso quenta a materia e nace unha estrela pequena. Esta é a etapa da protoestrela no ciclo de vida estelar. O colapso gravitacional continúa, o que leva a un aumento gradual da temperatura e a presión no núcleo da protoestrela. Co tempo, a temperatura e a presión vólvense o suficientemente altas como para permitir que os núcleos de hidróxeno se fusionen. A fusión nuclear libera unha enorme cantidade de enerxía que quenta a materia o suficiente como para evitar un maior colapso baixo a gravidade. Esta é a "etapa da secuencia principal" da estrela. O hidróxeno é o combustible principal.
Cando o combustible se esgota, a fusión nuclear detense e non hai enerxía para quentar os materiais para equilibrar a forza da gravidade cara ao interior e o núcleo colápsase, deixando atrás un remanente compacto. Este é o final da estrela. A estrela morta ou o remanente compacto é unha anana branca, unha estrela de neutróns ou un burato negro dependendo da masa da estrela orixinal. As estrelas con máis de 20 masas solares (>20 M⦿) convértense en buratos negros ao final da evolución estelar cando o combustible se esgota. Esta é a forma estándar: as estrelas e as galaxias fórmanse primeiro e os buratos negros fórmanse máis tarde, como etapa final da evolución estelar. A masa destes buratos negros é moito menor que a masa total da galaxia.
Formación non estelar de buratos negros
Poden formarse buratos negros por outros medios que non sexan o colapso do núcleo estelar? Teorizáronse dúas canles de formación "non estelares".
No universo primitivo, unha gran nube de gas primordial podía colapsar directamente nun burato negro, evitando a formación e evolución estelar normal, dando lugar ao que chamamos buratos negros de colapso directo (DCBHs). Os outros buratos negros hipotéticos formados directamente sen a participación da evolución estelar estándar son os buratos negros primordiais (PBHs). Os PBHs son reliquias do Big Bang formadas nas flutuacións de densidade extremas do universo moi primitivo pouco despois do Big Bang.
Os buratos negros formados a través de canles "non estelares" son só teorizados, como tales son hipotéticos. Pero as cousas comezaron a cambiar rapidamente co lanzamento do JWST en decembro de 2021, un observatorio espacial infravermello dedicado ao estudo do universo primitivo.
O telescopio espacial James Webb (JWST) revoluciona o estudo do universo primitivo
O JWST realizou varias observacións que están a desafiar a nosa comprensión do universo primitivo. Observación da galaxia JADES-GS-z14-0 cun desprazamento ao vermello de 14.32, o que a converte na galaxia máis distante coñecida. Esta galaxia formouse no universo primitivo uns 290 millóns de anos despois do Big Bang, pero é unha galaxia grande, masiva e moi luminosa. Tamén se descubriu que é rica en metais, o que significa que xeracións de estrelas masivas xa terían completado os seus cursos de vida desde os nacementos ata a explosión de supernova uns 290 millóns de anos no universo primitivo. Do mesmo xeito, a galaxia do universo primitivo GS-NDG-9422, que data duns mil millóns de anos despois do Big Bang, resultou ser quimicamente complexa, sen estrelas de poboación III. Segundo o coñecemento actual, a primeira xeración de estrelas do universo primitivo deberían ser estrelas de poboación III con metalicidade cero. (En astronomía, calquera elemento máis pesado que o helio considérase un metal. Os non metais químicos como o osíxeno, o nitróxeno, etc., son metais no contexto cosmolóxico. As estrelas enriquécense de metal en cada xeración despois dun evento de supernova).
O JWST tamén observou buratos negros supermasivos no universo primitivo. Un deses buratos negros databa uns 700 millóns de anos despois do Big Bang e medía uns poucos millóns de veces a masa do Sol. Todo comezou coa observación por parte do JWST de pequenos puntos vermellos (LRD), que se detectaron na primeira publicación de datos do JWST en 2022. Estes obxectos compactos de cor vermella tiñan espectros en forma de V e mostraban emisións de gas hidróxeno a alta velocidade.
O pequeno punto vermello QSO1 (ou Abell2744-QSO1)
QSO1 (ou Abell2744-QSO1) é un pequeno punto vermello prototípico duns 1,300 anos luz de diámetro a unha distancia de máis de 13 millóns de anos luz. Existiu no universo primitivo só 700 millóns de anos despois do Big Bang. Está obteñou unha lente gravitacional do cúmulo de galaxias Abell 2744 (cúmulo de Pandora), polo que se amplía e se obtén tres imaxes, aparecendo en tres lugares diferentes do ceo. Como resultado, QSO1 é máis doado de estudar que a maioría dos outros pequenos puntos vermellos.
Un estudo detallado deste pequeno punto vermello (LRD) levou aos investigadores a concluír que algúns buratos negros supermasivos eran enormes desde o principio. Formáronse sen unha fase de colapso estelar e sen unha galaxia anfitrioa significativamente máis masiva que os alimentase.
QSO significa Obxecto Cuasiestelar (coñecido comunmente como cuásar).
Os estudos iniciais revelaran que QSO1 é máis que unha nube de hidróxeno brillante e gas helio que rodea un burato negro supermasivo cunha masa aproximada de 40 millóns de veces maior que a do Sol. Non obstante, existía incerteza sobre se realmente era tan masivo. Isto debíase a que, ata agora, todas as medicións de masa dos buratos negros do universo primitivo foran indirectas, baseadas en suposicións do que sabemos sobre eles no universo local. Non sabiamos se esas suposicións se aplican realmente ao universo primitivo.
Os investigadores recoñeceron que, se o burato negro de QSO1 é realmente tan masivo, deberían poder usar a unidade de campo integral (IFU) do JWST para rastrexar os efectos da súa gravidade no gas que xira ao seu redor, ao mesmo tempo que mapean a distribución de varios elementos no gas. Polo tanto, empregaron as observacións da IFU e mapearon os movementos do gas hidróxeno que rodea o burato negro.
A gráfica da velocidade de rotación en función da distancia desde o centro revelou que o gas tiña movemento kepleriano, o que significa que a maior parte da masa do pequeno punto vermello QSO1 está concentrada no burato negro do centro. Se a masa estivese distribuída, o gas non orbitaría un punto central do xeito kepleriano perfecto do mesmo xeito que os planetas orbitan o Sol no sistema solar.
Dado que o movemento kepleriano se rexe polas leis da gravidade, as medicións da velocidade do gas permitiron aos investigadores calcular directamente a masa do burato negro. Esta foi a primeira medición directa da masa dun burato negro do universo primitivo. Descubriuse que o burato negro de QSO1 ten uns 50 millóns de masas solares. Ademais, este burato negro representa dous terzos da masa total de QSO1. Isto é moi pouco común porque os buratos negros supermasivos nas galaxias próximas xeralmente constitúen só unha pequena fracción da masa total da galaxia anfitrioa.
Ademais, a análise dos mapas de composición da IFU mostrou que o gas de QSO1 é case na súa totalidade hidróxeno e helio. Unha galaxia rica en estrelas e refugallos estelares debería ter elementos máis pesados como o osíxeno, pero QSO1 ten unha metalicidade extremadamente baixa, inferior ao 0.5 % da do Sol, o que implica que QSO1 ten un ambiente galáctico moi prístino.
A masa masiva de QSO1 en relación coa súa galaxia anfitrioa suxire que non debeu formarse a partir da fusión e alimentación graduais de buratos negros de masa estelar máis pequenos. Ao parecer, o burato negro do Pequeno Punto Vermello QSO1 é anterior ao proceso de evolución estelar. Podería ter evolucionado a partir dunha semente pesada que se formou no primeiro segundo do Big Bang (burato negro primordial) ou algo máis tarde a partir do colapso dunha nube xigante de gas (burato negro de colapso directo) e pode estar nas primeiras etapas da construción dunha galaxia ao seu redor. Polo momento non é posible dicir se o burato negro supermasivo do Pequeno Punto Vermello QSO1 é un burato negro primordial (PBH) ou un burato negro de colapso directo (DCBH); non obstante, hai evidencias de formación non estelar de buratos negros no universo primitivo.
***
Referencias:
- Maiolino R., et al 2026. Un burato negro nunha galaxia case prístina 700 anos despois do Big Bang. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 548, Issue 1, maio de 2026, staf2109. Publicado o 06 de abril de 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
- Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Unha medición directa da masa dun burato negro nun pequeno punto vermello con desprazamento ao vermello elevado. Nature 653, 1017–1021 (2026). Publicado o 27 de maio de 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
- Webb da NASA revela un burato negro que se formou antes da súa galaxia. Publicado o 27 de maio de 2026. Dispoñible en https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/
***
Artigos relacionados
Telescopio espacial James Webb (JWST): o primeiro observatorio espacial dedicado ao estudo do universo primitivo (6 de novembro de 2021)
Estudo do universo primitivo: experimento REACH para detectar unha escurridiza liña de 21 cm do hidróxeno cósmico (3 de agosto de 2022)
Ananas marróns (BD): o telescopio James Webb identifica o obxecto máis pequeno formado de xeito estelar (5 de xaneiro de 2024)
O burato negro máis antigo do universo primitivo desafía o modelo de formación de buratos negros (24 de xaneiro de 2024)
Universo primitivo: a galaxia máis afastada “JADES-GS-z14-0″ desafía os modelos de formación de galaxias (12 de agosto de 2024)
Paradoxo das estrelas ricas en metais no universo primitivo (27 de setembro de 2024)
***
 Abell 2744-QS01 observed by JWST in the early universe (about 700 Myr after the Big Bang) is supermassive that has grown to its current size without a much larger galaxy to feed them. According to the Standard Model of Cosmology, black holes form from death of bigger stars at the end of their life course when they run out of fuels as a result of stellar core collapse. These black holes grow in size feeding upon matter from much larger galaxy. The black hole of Little Red Dot QSO1 is does not fit this frame and is novel. It is formed directly without standard stellar evolution, i.e., it is not a remanent of core collapse of a big dying star. Instead, it is either a direct collapse black hole (DCBH) or a primordial black hole (PBH). Black holes not formed from stellar collapse were theorised earlier, but this is first confirmation of a black hole that is formed through a process beyond the standard model of cosmology.){kind=link}