1 week ago
2
Para astronom berhasil menemukan lubang hitam supermasif paling "rakus" di alam semesta dini, yang dikenal sebagai LID-568. (NoirLab)
LUBANG hitam supermasif yang terletak di pusat galaksi adalah salah satu fenomena paling misterius di alam semesta.
Meski umumnya tersembunyi, keberadaan mereka dapat terungkap melalui pengamatan sinar-X dan cahaya inframerah. Pengamatan terhadap lubang hitam supermasif yang muncul pada masa-masa awal alam semesta memberikan wawasan baru tentang cara mereka tumbuh begitu cepat, hingga terbentuknya galaksi-galaksi seperti yang kita lihat sekarang.
Astronom NSF NOIRLab dalam pegamatannya, menemukan Lubang Hitam yang Paling "Rakus" di Alam Semesta Dini. Pengamatan dari Teleskop Luar Angkasa James Watt (JWST) dan Chandra mengungkap lubang hitam supermasif bermassa rendah yang tampaknya mengonsumsi materi lebih dari 40 kali lipat dari batas teoritis.
Lubang hitam supermasif terletak di pusat sebagian besar galaksi, dan teleskop modern terus mengamati keberadaan mereka pada masa-masa awal dalam evolusi alam semesta. Sulit dipahami bagaimana lubang hitam ini bisa tumbuh dengan begitu besar dalam waktu singkat.
Namun, dengan ditemukannya lubang hitam supermasif bermassa rendah yang menyerap materi dengan sangat cepat—terlihat hanya 1,5 miliar tahun setelah Big Bang—para astronom kini memiliki wawasan baru yang berharga tentang mekanisme pertumbuhan cepat lubang hitam di awal alam semesta.
LID-568 ditemukan tim astronom lintas institusi yang dipimpin Hyewon Suh, seorang astronom dari Observatorium Internasional Gemini dan NSF NOIRLab. Mereka menggunakan JWST untuk mengamati sampel galaksi dari survei warisan COSMOS milik Chandra X-ray Observatory. Populasi galaksi ini sangat terang di spektrum sinar-X tetapi tidak terlihat dalam cahaya tampak dan inframerah-dekat. Kepekaan inframerah unik JWST memungkinkan deteksi emisi redup dari galaksi-galaksi ini.
Dalam sampel tersebut, LID-568 menonjol karena emisi sinar-X yang intens, namun posisinya tidak dapat ditentukan hanya melalui pengamatan sinar-X, yang memunculkan tantangan dalam menempatkan target dengan tepat dalam bidang pandang JWST. Alih-alih menggunakan spektroskopi celah tradisional, tim pendukung instrumen JWST menyarankan agar tim Suh menggunakan spektrograf bidang integral pada NIRSpec JWST. Instrumen ini mampu menghasilkan spektrum untuk setiap piksel di bidang pandang, sehingga tidak terbatas pada irisan sempit.
"Dengan cahayanya yang redup, deteksi LID-568 tidak mungkin dilakukan tanpa JWST. Penggunaan spektrograf bidang integral adalah langkah inovatif dan diperlukan untuk mendapatkan pengamatan ini," kata Emanuele Farina, astronom dari Observatorium Internasional Gemini/NSF NOIRLab dan rekan penulis dalam makalah yang diterbitkan di Nature Astronomy.
NIRSpec JWST memungkinkan tim untuk melihat secara menyeluruh target mereka beserta wilayah sekitarnya, yang mengungkapkan temuan mengejutkan berupa aliran gas yang kuat di sekitar lubang hitam pusat. Kecepatan dan ukuran aliran ini membuat tim menyimpulkan bahwa sebagian besar pertumbuhan massa LID-568 mungkin terjadi dalam satu episode akresi cepat.
"Hasil tak terduga ini menambah dimensi baru dalam pemahaman kami tentang sistem ini dan membuka peluang menarik untuk penyelidikan lebih lanjut," ujar Suh.
Dalam penemuan yang mengejutkan, Suh dan timnya menemukan LID-568 tampaknya sedang menyerap materi pada tingkat 40 kali lebih besar dari batas Eddington. Batas ini menunjukkan kecerahan maksimum yang dapat dicapai lubang hitam serta seberapa cepat ia dapat menyerap materi, di mana gaya gravitasi ke dalam dan tekanan ke luar yang dihasilkan oleh panas dari materi yang jatuh tetap seimbang. Ketika kecerahan LID-568 dihitung jauh di atas batas teoretis, tim menyadari bahwa mereka memiliki data yang luar biasa.
"Lubang hitam ini sedang berpesta besar-besaran," kata Julia Scharwächter, astronom dari Observatorium Internasional Gemini/NSF NOIRLab dan rekan penulis. "Kasus ekstrem ini menunjukkan bahwa mekanisme makan cepat di atas batas Eddington adalah salah satu penjelasan yang memungkinkan mengapa kita bisa menemukan lubang hitam sangat besar ini pada masa awal alam semesta."
Hasil ini memberikan wawasan baru tentang pembentukan lubang hitam supermasif dari 'benih' lubang hitam yang lebih kecil, yang menurut teori saat ini muncul dari kematian bintang pertama alam semesta (benih ringan) atau dari kolaps langsung awan gas (benih berat). Hingga kini, teori-teori tersebut belum memiliki konfirmasi observasional.
"Penemuan lubang hitam yang melakukan akresi di atas batas Eddington menunjukkan bahwa sebagian besar pertumbuhan massa dapat terjadi dalam satu episode makan cepat, terlepas dari asal usul benihnya, apakah dari benih ringan atau berat," kata Suh.
Penemuan LID-568 juga menunjukkan lubang hitam dapat melampaui batas Eddington, dan memberikan kesempatan pertama bagi astronom untuk mempelajari cara terjadinya. Aliran keluar yang kuat yang diamati di LID-568 kemungkinan bertindak sebagai katup pelepas untuk kelebihan energi yang dihasilkan oleh akresi ekstrem, mencegah sistem menjadi terlalu tidak stabil. Untuk menyelidiki lebih lanjut mekanisme yang terlibat, tim ini merencanakan pengamatan lanjutan dengan JWST. (noirlab.edu/Z-3)
