Para ilmuwan telah mendeteksi lubang hitam aktif terjauh yang pernah tercatat, yang asal usulnya hilang di awal alam semesta.
Untuk memahami fase awal kosmos, para astronom sering mengamati quasar, yaitu lubang hitam supermasif yang beraktivitas penuh mengonsumsi materi, dan memancarkan luminositas yang kuat. Namun, fenomena spektakuler ini tidak menjelaskan keseluruhan cerita. Kini, identifikasi lubang hitam aktif terjauh yang diketahui memberikan gambaran unik tentang entitas kosmik kolosal yang telah menghentikan aktivitasnya.
Kelompok penelitian global, dengan partisipasi para ilmuwan dari University College London (UCL), menemukan lubang hitam ini di galaksi MRG-M0138, yang terletak pada jarak lebih dari 10 miliar tahun cahaya dari planet kita. Temuan ini, yang dirinci dalam jurnal Science, melampaui rekor jarak lubang hitam tidak aktif sebanyak lima belas kali lipat.
Dengan perkiraan massa sekitar 6 miliar kali massa Matahari, lubang hitam ini terlihat pada saat alam semesta baru berusia 3 miliar tahun. Meskipun quasar aktif memberikan petunjuk tentang percepatan pertumbuhan, kehadiran raksasa yang tertidur mengungkap fase yang lebih tenang, memberikan peluang unik untuk mengeksplorasi koevolusi lubang hitam masif dan galaksi induknya pada tahap awal alam semesta.
Untuk menghitung massa kolosal tersebut, para peneliti menggunakan data dari James Webb Space Telescope (JWST) milik NASA, yang secara tepat memetakan perpindahan bintang-bintang yang mengorbit objek tersebut, yang jika tidak maka akan tetap tidak terlihat. Meskipun teknik ini, yang dikenal sebagai dinamika bintang, telah digunakan untuk mengukur lubang hitam tidak aktif di galaksi terdekat, ini adalah penerapan pertama yang berhasil pada jarak yang sangat jauh di kosmos.
Profesor Richard Ellis, pemimpin studi dan anggota departemen Fisika dan Astronomi di UCL, menyoroti pentingnya penemuan ini. Dia menjelaskan bahwa “menganalisis gerakan kolektif bintang-bintang di pusat galaksi terpencil ini telah memungkinkan pengukuran massa lubang hitam supermasif, sesuatu yang mustahil untuk dideteksi.” Dia menambahkan bahwa “dengan membuktikan penerapan pendekatan ini pada galaksi di alam semesta awal, hal ini membuka jalan bagi studi yang lebih mendalam tentang perkembangan lubang hitam dari waktu ke waktu dan pengaruhnya terhadap evolusi galaksi.”
Pahami cara menghitung massa lubang hitam yang tidak terlihat
Berdasarkan sifatnya, lubang hitam tidak memancarkan cahaya secara langsung, namun gas yang ditangkapnya dapat melepaskan energi radiasi dalam jumlah besar. Titik-titik dengan luminositas intens ini, yang dikenal sebagai inti galaksi aktif atau quasar, termasuk yang paling terang di alam semesta dan relatif mudah dideteksi.
Berbeda dengan quasar, lubang hitam supermasif di galaksi MRG-M0138 berada dalam kondisi tidak aktif. Tanpa adanya pengendapan gas ke arahnya saat ini, pendeteksiannya oleh para astronom hanya mungkin dilakukan dengan mengamati dampak gravitasi yang diberikan pada bintang-bintang di sekitarnya.
Dengan menganalisis pola gerak konjugasi bintang-bintang yang mengelilingi inti galaksi, tim mengkonfirmasi keberadaan lubang hitam dan memperkirakan massanya. Variasi kecepatan antara bintang-bintang yang paling dekat dengan lubang hitam dan yang terjauh merupakan elemen penting dalam pengukuran ini.
Metodologi ini mencerminkan metodologi yang digunakan untuk menentukan massa lubang hitam yang terletak di jantung Bima Sakti, galaksi kita, dan juga galaksi terdekat lainnya. Namun, ini merupakan penerapan perdana untuk benda langit yang terletak pada jarak yang luar biasa. Sebelumnya, objek galaksi terjauh yang diselidiki dengan teknik ini berjarak sekitar 700 juta tahun cahaya.
Bagaimana pelensaan gravitasi memungkinkan penemuan bersejarah
Biasanya, mengamati pergerakan bintang di galaksi yang begitu jauh merupakan tugas yang mustahil. Para ilmuwan telah mengatasi kesulitan ini dengan menggunakan fenomena pelensaan gravitasi, yang berfungsi sebagai amplifikasi kosmik alami.
Sebuah galaksi perantara, yang terletak di antara Bumi dan MRG-M0138, bertindak dengan membelokkan dan mengarahkan cahaya yang datang dari galaksi jauh, yang menghasilkan perbesaran gambarnya tiga puluh kali lipat. Fitur ini memungkinkan para peneliti untuk merekonstruksi konfigurasi internal galaksi dengan presisi yang tidak mungkin tercapai.
Dr Andrew Newman, penulis utama di Carnegie Science di Pasadena, California, mengomentari metode ini. Dia menyatakan bahwa “penggabungan data JWST dengan efek pelensaan gravitasi memungkinkan kita menyelidiki jauh ke dalam area pengaruh lubang hitam, tempat gaya gravitasi mempercepat bintang-bintang.” Newman went on to describe it as “one of the most effective techniques we have for gauging the mass of a black hole, which made us excited to apply it so far back in the history of the universe.” Sebelumnya, hanya beberapa lubang hitam tidak aktif sebesar ini yang telah teridentifikasi, semuanya berlokasi jauh lebih dekat dengan planet kita.
Wawasan baru tentang evolusi galaksi melalui penemuan
Temuan ini memberikan petunjuk penting tentang evolusi gabungan galaksi dan lubang hitam pusatnya di era awal alam semesta. Meskipun pengamatan terhadap galaksi tetangga telah menunjukkan korelasi yang kuat antara massa galaksi dan massa lubang hitam, para ilmuwan masih memerlukan lebih banyak informasi dari fase kosmik yang lebih tua untuk mengungkap asal mula keterhubungan ini.
Kelompok studi menemukan bahwa lubang hitam dan galaksi induknya tidak aktif. Galaksi tersebut tidak lagi menghasilkan bintang-bintang baru, sehingga menimbulkan asumsi bahwa MRG-M0138 mungkin pernah menjadi tuan rumah quasar yang sangat terang di masa lalu. Hipotesis para peneliti adalah bahwa pertumbuhan pesat lubang hitam melepaskan energi yang, dengan memanaskan atau mengeluarkan gas esensial, memperlambat pembentukan bintang-bintang baru.
Ada harapan di kalangan ilmuwan bahwa pengamatan di masa depan, yang dilakukan dengan James Webb Space Telescope (JWST) dan instrumen lainnya, akan mengungkap lebih banyak lagi lubang hitam yang tidak aktif dari era purba alam semesta. Pengungkapan tersebut dapat memperdalam pemahaman tentang bagaimana entitas kosmik ini mencegah penciptaan bintang dan bagaimana lubang hitam yang tidak aktif dapat diaktifkan kembali dengan masuknya materi baru.