James Webb Temukan Lubang Hitam Supermasif yang Menjauh dari Galaksi Induknya

GELOMBANG kejut, yang berada jauh di angkasa, mungkin merupakan tanda pasti dari lubang hitam supermasif "pelarian" pertama yang terkonfirmasi, yang lolos dari galaksi induknya dengan kecepatan 2,2 juta mil per jam (3,6 juta km/jam).

Konfirmasi potensial oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), yang dipublikasikan di server pracetak Arxiv pada 3 Desember, belum ditinjau oleh rekan sejawat.

Namun, makalah tersebut telah dikirimkan ke Astrophysical Journal Letters dan penulis utama studi, Pieter van Dokkum , seorang profesor astronomi dan fisika di Universitas Yale, telah menerbitkan beberapa makalah yang ditinjau oleh rekan sejawat tentang kandidat lubang hitam supermasif dalam beberapa tahun terakhir.

Baca juga : Teleskop James Webb Konfirmasi Temuan Lubang Hitam "Nakal" yang Meluncur Cepat di Luar Angkasa

Van Dokkum mengatakan ini adalah konfirmasi pertama dari lubang hitam supermasif yang tak terkendali, setelah lima dekade teori dan penelitian tentang objek-objek ini. "Langkah selanjutnya yang jelas adalah mencari lebih banyak contoh," katanya. 

Menelusuri aliran bintang-bintang

Kandidat lubang hitam ini pertama kali ditemukan pada tahun 2023 oleh tim van Dokkum, yang melihat garis samar dalam gambar arsip Teleskop Luar Angkasa Hubble. Pemandangan itu sangat aneh sehingga tim tersebut menindaklanjuti dengan pengamatan baru dari Observatorium Keck di Hawaii.

Pengamatan kala itu menunjukkan bahwa lubang hitam tersebut memiliki massa 20 juta kali massa matahari, dan garis aneh itu adalah "jejak" bintang-bintang muda yang membentang sejauh 200.000 tahun cahaya di angkasa dua kali diameter seluruh Galaksi Bima Sakti . Gambar Hubble menangkap momen ketika alam semesta kira-kira setengah dari usianya saat ini yaitu 13,8 miliar tahun.

Baca juga : JWST Ungkap Bukti Awal 'Bintang Monster' Mirip Dinosaurus di Alam Semesta Purba

"Kami menduga bahwa objek aneh ini mungkin adalah lubang hitam supermasif yang melaju tak terkendali, tetapi kami tidak memiliki bukti yang meyakinkan," kata van Dokkum. Jadi, untuk penelitian baru mereka, tim tersebut beralih ke JWST, sebuah observatorium luar angkasa yang unik dalam "sensitivitas dan ketajamannya," kata van Dokkum, "untuk melihat gelombang kejut yang diciptakan oleh lubang hitam yang melaju kencang."

Instrumen inframerah tengah JWST menampilkan gelombang kejut, atau gelombang kejut haluan, di tepi depan jalur pelarian lubang hitam kandidat dengan kejelasan yang belum pernah terjadi sebelumnya. 

"Ini sedikit seperti gelombang yang diciptakan oleh sebuah kapal," kata van Dokkum. "Dalam hal ini, kapalnya adalah lubang hitam dan sangat sulit untuk dilihat, tetapi kita dapat melihat 'air' sebenarnya, gas hidrogen dan oksigen yang didorong [lubang hitam] ke depannya."

Van Dokkum sangat terkejut. "Segala sesuatu tentang objek ini menunjukkan bahwa ini adalah sesuatu yang sangat istimewa, tetapi melihat tanda yang jelas dalam data ini sungguh sangat memuaskan," tambahnya.

Selain resolusi JWST yang luar biasa, van Dokkum mengatakan bahwa studinya menunjukkan bahwa pengamatan tersebut sesuai dengan data Hubble dan Keck pada panjang gelombang cahaya yang berbeda. Data tersebut "semuanya memberikan potongan-potongan teka-teki yang berbeda," katanya, "dan semuanya cocok dengan indah — persis seperti yang diprediksi oleh model teoretis."

Mempelajari lubang hitam yang tak terkendali, seperti kandidat ini, menunjukkan kepada para ilmuwan lebih banyak tentang bagaimana galaksi dan lubang hitam berevolusi, kata van Dokkum. 

Sebagian besar galaksi besar memiliki lubang hitam supermasif yang tertanam di pusatnya, termasuk Bima Sakti kita sendiri. Apakah mereka dapat melepaskan diri dari ikatan galaksi yang ketat merupakan misteri yang sudah lama ada.

Menurut van Dokkum, satu-satunya cara agar lubang hitam supermasif dapat terlepas dari galaksinya adalah jika setidaknya dua lubang hitam tersebut berada sangat dekat satu sama lain, dengan interaksi gravitasi yang kuat "menendang" salah satunya keluar dari tempatnya.

Penelitian baru ini menunjukkan bahwa kandidat lubang hitam yang tak terkendali itu dihasilkan setelah setidaknya dua, dan berpotensi hingga tiga, lubang hitam berinteraksi. Dengan massa masing-masing setidaknya 10 juta kali massa matahari, van Dokkum mengatakan bahwa dahsyatnya pertemuan itu pasti "sangat luar biasa."

Mengenai ke mana harus mencari lubang hitam supermasif yang tak terkendali selanjutnya, makalah penelitian tersebut mencatat "beberapa kandidat yang menjanjikan," tetapi interpretasi sistem-sistem ini sulit. Salah satu contohnya adalah objek ambigu yang dikenal sebagai "Cosmic Owl," yang berjarak sekitar 11 miliar tahun cahaya dari Bumi.

Menurut makalah baru tersebut, Cosmic Owl mencakup dua inti galaksi masing-masing dengan lubang hitam supermasif aktif di jantung galaksi dan lubang hitam supermasif ketiga yang, anehnya, "tertanam dalam awan gas" di antara kedua galaksi tersebut.

Bagaimana lubang hitam ketiga itu sampai di awan gas masih menjadi perdebatan. Beberapa peneliti mengatakan lubang hitam itu mungkin merupakan lubang hitam pelarian yang lepas dari salah satu galaksi induk, tetapi pengamatan JWST oleh kelompok van Dokkum menantang interpretasi tersebut. 

Pengamatan mereka menunjukkan bahwa lubang hitam yang tidak pada tempatnya itu "kemungkinan besar terbentuk di tempat melalui keruntuhan langsung" gas, yang dihasilkan oleh gelombang kejut setelah kedua galaksi hampir bertabrakan satu sama lain.

Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai hal ini, dan objek-objek lain yang mungkin mengandung partikel pelarian lubang hitam. Van Dokkum menyebutkan teleskop Euclid saat ini dan teleskop Nancy Grace Roman yang akan datang sebagai instrumen survei yang menjanjikan, karena teleskop-teleskop ini dirancang untuk mengamati seluruh langit, tidak seperti JWST. "Itu akan memberi tahu kita seberapa sering hal ini terjadi sesuatu yang sangat ingin kita ketahui."

Sumber: Live Sciences