Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), para astronom telah menemukan lubang hitam supermasif “sangat merah” yang tumbuh di bayangan alam semesta awal.
Warna merah pada lubang hitam supermasif, yang diamati sekitar 700 juta tahun setelah Big Bang, merupakan hasil perluasan alam semesta. Saat alam semesta memancar ke segala arah, cahaya yang bergerak menuju kita mengalami “pergeseran merah”, dan cahaya yang bergeser merah dalam hal ini menunjuk pada mantel gas padat dan debu yang menyelimuti lubang hitam.
Meneliti data JWST, tim astronomi yang dipimpin oleh Lukas Furtak dan Adi Zitrin dari Universitas Ben-Gurion Negev juga berhasil menentukan massa lubang hitam supermasif. Dibandingkan dengan galaksi tempatnya berada, galaksi ini sangat besar dan memiliki sekitar 40 juta massa matahari.
Tim juga menemukan bahwa lubang hitam supermasif, yang terletak sekitar 12,9 miliar tahun cahaya dari Bumi, dengan cepat memakan gas dan debu di sekitarnya. Dengan kata lain, ia tumbuh.
Terkait: Quasar paling terang yang pernah kita lihat ditenagai oleh lubang hitam yang memakan ‘matahari sehari’
“Kami sangat gembira ketika JWST mulai mengirimkan kembali data pertamanya. Kami memindai data yang tiba untuk program UNCOVER, dan tiga objek sangat kompak namun berbunga merah menonjol dan menarik perhatian kami,” kata Furtak dalam sebuah pernyataan. Penampakan ‘titik merah’ mereka langsung membuat kami curiga bahwa itu adalah objek mirip quasar.
‘tiga titik merah’
Quasar terbentuk ketika sejumlah besar materi mengelilingi lubang hitam supermasif seperti ini. Materi ini membentuk piringan gas dan debu yang disebut piringan akresi, yang secara bertahap memberi makan lubang hitam. Tarikan gravitasi yang sangat besar dari lubang hitam mengaduk materi ini, menghasilkan suhu yang sangat tinggi dan menyebabkannya bersinar.
Selain itu, materi yang tidak jatuh ke dalam lubang hitam supermasif diarahkan ke kutub kosmik titan. Partikel-partikel di wilayah ini dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya sebagai jet yang sangat terkolimasi. Saat jet relativistik ini ditembakkan, letusannya disertai dengan emisi elektromagnetik yang terang.
Akibat fenomena ini, quasar yang ditenagai oleh lubang hitam supermasif di inti galaksi aktif (AGN) seringkali sangat terang sehingga cahaya yang dipancarkannya sering kali melebihi gabungan cahaya setiap bintang di galaksi yang mengelilinginya.
Besarnya jumlah radiasi yang dipancarkan dari sekitar lubang hitam supermasif ini menyebabkan lubang hitam tersebut tampak kecil dan runcing dalam data JWST.
“Analisis warna objek tersebut menunjukkan bahwa objek tersebut bukanlah galaksi pembentuk bintang pada umumnya. Hal ini semakin mendukung hipotesis lubang hitam supermasif,” kata Rachel Bezanson dari Universitas Pittsburgh dan salah satu direktur program UNCOVER dalam sebuah pernyataan. “Bersama dengan ukurannya yang kompak, hal ini terbukti kemungkinan besar merupakan lubang hitam supermasif, meskipun masih berbeda dari quasar lain yang ditemukan pada masa-masa awal.”
Quasar awal bahkan tidak akan terlihat oleh mata inframerah JWST yang kuat tanpa sedikit bantuan dari efek yang diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1915.
Lensa Einstein
Teori relativitas umum Einstein menyatakan bahwa objek-objek materi mendistorsi struktur ruang dan waktu, yang sebenarnya menyatu sebagai satu kesatuan yang disebut “ruang-waktu”. Teorinya mengatakan bahwa gravitasi muncul sebagai akibat dari kelengkungan ini. Semakin besar massa suatu benda, maka semakin “ekstrim” kelengkungan ruang-waktunya.
Jadi kelengkungan ini tidak hanya memberi tahu planet cara bergerak mengelilingi bintang dan bintang serta cara bergerak mengelilingi pusat galaksi asalnya, tetapi juga mengubah jalur cahaya yang datang dari bintang tersebut.
Semakin dekat cahaya merambat ke suatu benda material, semakin “bengkok” jalurnya. Jalur cahaya yang berbeda dari satu objek latar belakang dapat dibengkokkan oleh latar depan atau “objek lensa” dan menggeser tampilan lokasi objek latar belakang. Terkadang efek ini bahkan dapat menyebabkan objek latar belakang muncul di beberapa tempat pada gambar langit yang sama. Di lain waktu, cahaya dari objek latar belakang diperkuat dan objek tersebut menjadi lebih besar.
Fenomena ini dikenal sebagai “pelensaan gravitasi”.
Diagram menunjukkan bagaimana cahaya dari objek latar belakang dilengkungkan oleh objek latar depan. (Kredit gambar: NASA, ESA & L. Calçada)
Dalam hal ini, JWST menggunakan gugus galaksi yang disebut Abell 2744 sebagai lensa latar depan untuk memperkuat cahaya dari galaksi latar belakang yang terlalu jauh untuk dilihat. Hal ini mengungkapkan quasar yang sangat merah, yang mereka pusatkan, awalnya berupa tiga titik merah.
“Kami menggunakan model pelensaan numerik yang kami buat untuk gugus galaksi untuk menentukan bahwa tiga titik merah pasti merupakan beberapa gambar dari sumber latar belakang yang sama dengan yang kami lihat ketika alam semesta baru berusia 700 juta tahun,” kata Zitrin.
Kesan seorang seniman tentang lubang hitam supermasif dan pancarannya yang kuat. Para astronom ingin mengetahui bagaimana benda-benda ini mencapai massanya yang sangat besar di awal alam semesta. (Kredit gambar: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))
Analisis lebih lanjut terhadap sumber latar belakang mengungkapkan bahwa cahayanya pasti berasal dari wilayah yang padat.
“Semua cahaya dari galaksi ini harus masuk ke wilayah kecil seukuran gugus bintang saat ini. Memperbesar sumber dengan lensa gravitasi memberi kita batasan ukuran yang sangat baik,” kata anggota tim dan peneliti Universitas Princeton Jenny Greene dalam sebuah pernyataan. “Bahkan jika semua kemungkinan bintang berkumpul di area sekecil itu, lubang hitam akan membentuk setidaknya 1% dari total massa sistem.”
Penemuan ini semakin menambah misteri bagaimana lubang hitam supermasif, yang berukuran jutaan (atau bahkan miliaran) kali lebih besar dari Matahari, tumbuh hingga ukuran yang sangat besar pada masa awal alam semesta.
“Beberapa lubang hitam supermasif lainnya di alam semesta awal kini ditemukan menunjukkan perilaku serupa, sehingga mengarah pada beberapa wawasan menarik tentang pertumbuhan lubang hitam dan galaksi induknya serta interaksi di antara keduanya, yang belum dipahami dengan baik,” kata Greene. . .
JWST mendeteksi sejumlah “titik merah kecil” dari waktu ke waktu. Hal ini juga bisa mengindikasikan adanya makan quasar supermasif yang ditenagai oleh lubang hitam di alam semesta awal, yang mungkin berarti bahwa teka-teki pertumbuhan lubang hitam yang mencolok akan segera terpecahkan.
“Di satu sisi, ini setara dengan masalah astrofisika ayam-dan-telur,” Zitrin menyimpulkan. “Saat ini kita tidak tahu mana yang lebih dulu – galaksi atau lubang hitam, seberapa besar lubang hitam pertama dan bagaimana mereka berkembang.”
Penelitian tim ini dipublikasikan pada 14 Februari di jurnal Nature.
+ There are no comments
Add yours