Para ilmuwan menemukan tiga lubang hitam raksasa yang berjarak dan aktif melahap materi di dalam satu galaksi. Temuan ini mengungkap gambaran masa awal alam semesta.
Objek antariksa itu ditemukan oleh tim riset internasional pimpinan Institut Max Planck untuk Fisika Esktraterestrial (MPE). Melalui temuan ini, mereka menungkap gambaran tentang bagaimana lubang hitam raksasa tersebut tumbuh dan berinteraksi selama tahap paling awal alam semesta.
Ketiga lubang hitam ini terletak di sebuah galaksi bernama J0148-4214. Ketiganya secara aktif mengumpulkan materi yang berputar mendekati mereka melalui piringan gas dan material lain di sekitarnya.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
Galaksi tersebut sangat jauh, oleh sebab itu cahayanya melakukan perjalanan melintasi ruang angkasa selama sekitar 12,5 miliar tahun sebelum mencapai Bumi. Hal ini berarti para astronom mengamatinya pada kondisi saat usianya hanya 1,2 miliar tahun setelah peristiwa Big Bang.
Pada jarak yang sangat jauh, pemuaian alam semesta membuat panjang gelombang cahaya meregang sehingga menjadi lebih panjang den kemerahan. Para astronom mengukur fenomena ini melalui suatu besaran yang disebut pergeseran merah atau redshift.
Untuk Galaksi J0148-4214, para ilmuwan mengukur pergeseran merah sebesar z=5.02. Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh jarak pastinya.
"Ini adalah bukti pertama dari tiga lubang hitam aktif di satu galaksi pada Alam Semesta yang jauh," kata Hannah Ubler, pemimpin kelompok riset MPE sekaligus penulis utama studi tersebut, Minggu (25/10).
Dua dari lubang hitam tersebut terletak di dekat pusat galaksi, dipisahkan oleh jarak proyeksi hanya sejauh 620 tahun cahaya. Sementara, lubang hitam ketiga berada jauh di pinggir, yaitu sekitar 5.500 tahun cahaya dari pusat galaksi.
Penemuan ini memberikan bukti penting tentang bagaimana lubang hitam bermassa besar berkumpul di Alam Semesta yang masih muda.
"Hal ini menunjukkan bahwa proses di Alam Semesta awal sangat efisien dalam menyatukan lubang hitam raksasa, membuka jalan bagi penggabungan lubang hitam raksasa yang kita perkirakan akan dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi di masa depan," ungkap Ubler.
Para astronom meyakini bahwa tabrakan dan penggabungan antar galaksi merupakan hal yang umum terjadi di awal sejarah alam semesta. Ketika sejumlah galaksi bergabung, lubang hitam di pusatnya juga bisa saling mendekat dan pada akhirnya bersatu.
Penggabungan ini akan menghasilkan lubang hitam yang semakin besar di pusat galaksi yang baru terbentuk, peristiwa ini berpotensi membantu menjelaskan bagaimana beberapa lubang hitam bisa tumbuh menjadi ukuran raksasa dalam waktu yang sangat singkat setelah Big Bang.
Bagaimana Ilmuwan Deteksi Lubang Hitam Tersembunyi?
Ilustrasi. Ilmuwan menemukan tiga lubang hitam raksasa di galaksi J0148-4214, memberikan wawasan tentang pertumbuhan lubang hitam di alam semesta awal pasca-Big Bang. (Foto: iStockphoto/Cappan)
Para peniliti mengidentifikasi ketiga lubang hitam tersebut dengan memeriksa pola khas pada cahaya yang dipancarkan oleh gas hidrogen. Di dekat lubang hitam, gaya gravitasi yang kuat menyebabkan gas bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi.
Pergerakan ini meninggalkan jejak yang dapat dikenali dalam spektrum cahaya, sehingga para astronom dapat mendeteksi aktivitas lubang hitam bahkan ketika objek itu sendiri tidak dapat dilihat secara langsung.
Di pusat J0148-4214, para ilmuwan menemukan pola emisi hidrogen yang sangat rumit. Penjelasan yang paling masuk akal adalah dua lubang hitam yang letaknya berdekatan, bukan berasal dari satu sumber.
Untuk membedakan keduanya, para ilmuwan menggunakan teknik pengukuran presisi yang disebut spektro-astrometri.
Dengan melacak perubahan halus pada posisi pancaran spektrum di seluruh area galaksi, mereka mampu mengidentifikasi lokasi kedua lubang hitam di pusat tersebut, meskipun teleskop tidak dapat melihatnya secara jelas sebagai dua titik cahaya yang tepisah.
Melalui pengamatan ini, mereka juga mengungkap keberadaan lubang hitam aktif ketiga di wilayah luar galaksi tersebut.
Penelitian ini turut menemukan bahwa ketiga lubang hitam ini memiliki massa yang berbeda. Menurut perhitungan para peneliti, lubang hitam pertama memiliki massa sekitar 80 juta, yang kedua sekitar 600.000 dan yang ketiga sekitar 2 juta kali lipat massa matahari.
Menariknya, lubang hitam yang paling besar bukanlah yang melahap materi dengan rakus. Lubang dengan massa 600.000 matahari, justru mengumpulkan materi dengan tingkat kelajuan yang lebih tinggi.
Faktanya, perkiraan kecepatannya dalam memakan materi melampaui batas maksimum yang diprediksi oleh teori-teori dasar (batas luminositas Eddington).
Para peneliti memperkirakan pertumbuhan yang luar biasa cepat ini mungkin menawarkan petunjuk terkait bagaimana beberapa lubang hitam menjadi luar biasa besar dalam waktu yang relatif singkat di masa awal alam semesta.
"Data dari teleskop JWST memungkinkan kami tidak hanya mengidentifikasi ketiga lubang hitam, tetapi juga memperkirakan massanya, kecepatan hisapnya, dan massa bintang di galaksi tersebut," kata Giovanni Mazzolari selaku penulis kedua dari studi tersebut.
"Kami menemukan total massa bintang sekitar 1,3 miliar kali Matahari, dan lubang-lubang hitam tersebut mewakili bagian penting dari total massa itu," imbuhnya.
Dua lubang di dekat pusat galaksi ini diperkirakan akan bergabung dalam beberapa ratus juta tahun ke depan. Tabrakan mereka pada akhirnya bisa membantu menghasilkan lubang hitam yang lebih besar, menggambarkan sebuah proses yang mungkin penting bagi pertumbuhan raksasa kosmik paling awal di alam semesta kita.
"Hasil ini menarik. Ini menunjukkan bahwa penggabungan antar lubang hitam mungkin menjadi rute tambahan yang cepat bagi pertumbuhan pesat mereka di masa Alam Semesta awal," tambah Roberto Maiolino, seorang profesor di Universitas Cambridge dan rekan penulis studi ini.
Keberadaan lubang hitam ketiga menyajikan teka-teki menarik lainnya sebab letaknya sangat jauh di luar pusat galaksi. Lubang hitam tersebut bisa jadi merupakan sisa dari penggabungan sebelumnya yang terdorong ke luar oleh tolakan gravitasi yang sangat kuat.
Tolakan atau 'tendangan' yang digambarkan oleh peneliti ini disebut bisa terjadi ketika lubang hitam yang bergabung memancarkan gelombang gravitasi secara tidak merata, sehingga terlempar ke arah yang berlawanan.
Kemungkinan lain adalah lubang hitam ketiga tersebut secara bertahap sedang bergerak menuju pusat galaksi, dan suatu saat nanti mungkin akan berinteraksi dengan dua lubang hitam lainnya.
Lebih lanjut, penemuan ini turut menyoroti kemampuan dari Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) untuk mempelajari lubang hitam di galaksi-galaksi yang sangat jauh.
Secara khusus, temuan ini menunjukkan pentingnya teknik integral field spectroscopy, yang memungkinkan para astronom mengamati bagaimana cahaya dan jejak spektrumnya berbeda-beda di berbagai bagian galaksi.
Dengan menggunakan instrumen dari Webb (Near Infrared Spectograph) dalam mode tersebut, para peneliti mampu memisahkan sinyal-sinyal yang jika tidak, akan tampak seperti hanya berasal dari satu lubang hitam saja.
Tanpa informasi dari peta spasial yang mendetail tersebut, para astronom kemungkinan besar hanya akan mengenali satu dari tiga lubang hitam aktif yang ada di galaksi tersebut.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa galaksi-galaksi jauh lainnya mungkin juga memiliki banyak lubang hitam yang sedang tumbuh dan belum terdeteksi.
Menemukan lebih banyak sistem tersembunyi ini dapat membantu para ilmuwan merekronstruksi sejarah terbentuknya lubang hitam dan lebih memahami bagaimana alam semesta bisa menghasilkan lubang hitam paling masif di masa yang sangat awal dalam sejarah kosmik.