'Tidak terlalu eksotik lagi': Teleskop James Webb mengungkap kebenaran tentang lubang hitam pertama di alam semesta
Mereka berukuran besar, muncul di awal sejarah alam semesta dan dari mana asalnya telah lama menjadi misteri. Sejak para astronom pertama kali mendeteksi keberadaan supermasif lubang hitam di pusat sebagian besar galaksi, sulit untuk menjelaskan asal usulnya sepenuhnya.
Namun pengamatan baru-baru ini dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) dapat membantu memecahkan teka-teki tentang bagaimana lubang hitam supermasif tumbuh begitu cepat hingga menjadi raksasa di alam semesta awal.
Lubang hitam di QSO1 adalah pertama kali dianalisis pada Februari 2024yang mengungkapkan bahwa galaksi tersebut berisi lubang hitam dengan massa kira-kira setara dengan 50 juta matahari.
Baru-baru ini studi lanjutan yang dipimpin oleh Ignas Juodžbalis dari Universitas Cambridge mengkonfirmasi perkiraan massa awal dan juga menunjukkan dengan tegas bahwa QSO1 tidak memiliki komponen gas dan bintang yang signifikan. Alih-alih menjadi lubang hitam yang berada di pusat galaksi, lubang hitam itu seolah-olah mendominasi sistem dan galaksi yang lebih luas pun hilang.
“Ini adalah sistem yang sangat aneh,” Marta Relawanseorang profesor di Institut Astrofisika Paris, mengatakan dalam sebuah wawancara dengan LiveScience. “Jika ada lebih banyak lagi yang seperti itu, itu menjadi sangat aneh.”
Volonteri adalah pakar terkemuka dunia dalam pembentukan lubang hitam supermasif dan berkontribusi pada analisis massa lubang hitam. “Saya memeriksa ulang hasilnya dengan kode saya sendiri. Hanya ada sedikit ruang bagi massa besar di sistem selain lubang hitam,” katanya.
Pada QSO1, massa lubang hitam sekitar dua kali lipat massa gas dan bintang di sekitarnya. Sebaliknya, lubang hitam Sagitarius A*yang berada di tengah Bimasaktimemiliki massa yang hanya sebagian kecil dari total massa galaksi.
Titik merah kecil yang misterius
Saat JWST mulai mengumpulkan data pada tahun 2022, JWST mengungkap penemuan mengejutkan: banyak galaksi kompak berwarna merah yang dijuluki “titik merah kecil” diamati pada zaman sekitar 500 juta hingga 1,5 miliar tahun setelah Big Bang.
Sifat pastinya masih menjadi misteri, namun sistem kuno ini tampaknya menunjukkan bahwa galaksi, lubang hitam, atau keduanya berevolusi lebih awal, dan dengan massa atau kepadatan lebih besar, dibandingkan yang diyakini para astronom sebelumnya.
Lubang hitam dapat terbentuk ketika bintang masif kehabisan bahan bakar nuklirnya dan runtuh karena gravitasinya sendiri. Pada awal mula alam semesta, lubang hitam awal ini akan tumbuh dengan memakan sejumlah bintang, awan gas, dan lubang hitam lainnya. Namun ketika para astronom menghitung seberapa cepat lubang hitam bermassa bintang dapat mengumpulkan materi, mereka merasa sulit untuk menjelaskan bagaimana mereka bisa tumbuh menjadi raksasa kosmik yang diamati oleh JWST.
Salah satu skenario alternatifnya adalah bahwa alih-alih tercipta dari bintang, beberapa lubang hitam di awal alam semesta bisa saja terbentuk dari keruntuhan langsung awan gas raksasa dengan massa yang jauh lebih besar. Skenario seperti itu didukung oleh penemuan UHZ-1lubang hitam yang menunjukkan tanda-tanda keruntuhan langsung menurut sebuah penelitian yang dipimpin oleh Priyamvada Natarajan dari Universitas Yale.
Namun sistem QSO1, salah satu dari beberapa ratus titik merah kecil yang telah dianalisis para astronom, tampaknya terbentuk dengan cara yang berbeda.
“Rekan penulis saya menyarankan bahwa asal usulnya mungkin adalah lubang hitam purba, atau mungkin materi gelap yang telah runtuh karena cara ia berinteraksi dengan dirinya sendiri,” kata Volonteri. “Bagaimanapun, lubang hitam muncul jauh sebelum materi biasa, seperti gas dan bintang.”
Lubang hitam purba
Pada tahun 1967, fisikawan Soviet Yakov B. Zeldovich dan Igor D. Novikov melamar bahwa, sesaat setelah Big Bang, beberapa wilayah di alam semesta mengandung begitu banyak massa sehingga meledak menjadi lubang hitam. Idenya adalah dikembangkan lebih lanjut oleh Stephen Hawking pada tahun 1971dan sejak itu telah diselidiki baik secara teoritis maupun observasional oleh beberapa ahli astrofisika.
Lubang hitam purba ini tidak hanya unggul dalam hal pertumbuhan dan ukurannya, namun juga berada di pusat galaksi yang terbentuk di sekitarnya. “Bahwa lubang hitam di QSO1 tumbuh begitu besar tanpa adanya pembentukan bintang menunjukkan bahwa lubang hitam tersebut berkembang secara signifikan lebih cepat daripada galaksi,” kata Volonteri.
Pertanyaannya, apakah penemuan QSO1 memecahkan masalah ayam atau telur yang pertama kali muncul: galaksi, atau lubang hitam di pusatnya?
Saya berharap semua analisis ini benar, tapi sangat kompleks. Tapi yang biasa kita sebut model eksotik mungkin sudah tidak begitu eksotik lagi,” pungkas Volonteri.
Marta Volonteri sebelumnya diwawancarai oleh penulis untuk buku tersebut Menghadapi Ketakterbatasan: Lubang hitam dan tempat kita di Bumiyang berisi lebih banyak informasi tentang karyanya dan asal muasal lubang hitam supermasif. Baca kutipan eksklusif di sini.
