Lubang Hitam Supermasif Rakus di Awal Alam Semesta

Para astronom menemukan lubang hitam supermasif melahap materi dengan laju fenomenal sampai 40 kali batas yang memungkinkan. 

Laju Pertumbuhan Lubang Hitam

Kita tahu bahwa di pusat sebagian besar galaksi ada monster raksasa yang melahap materi dengan cepat. Itulah lubang hitam supermasif yang massanya bisa mencapai miliaran kali massa Matahari. Bayangkan sebuah benda yang massanya sebesar itu. Gravitasinya juga tentu luar biasa besar. Akibatnya tentu tidak menyenangkan bagi objek materi yang ada di dekatnya. Materi akan ditarik dan jatuh ke dalam lubang hitam.

Tak pelak, lubang hitam masih menyimpan misteri yang belum terpecahkan. Bagaimana objek masif ini bisa bertumbuh dengan sangat cepat. Para astronom sudah mengetahui bagaimana lubang hitam seukuran bintang terbentuk. Tapi bagaimana dengan lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Salah satu teorinya, lubang hitam ini bertumbuh dari hasil tabrakan antar galaksi yang menggabungkan lubang hitam di pusat galaksi yang bertabrakan. Atau juga lewat pertumbuhan dari melahap materi yang ada di sekelilingnya. Tapi di awal alam semesta, lubang hitam supermasif dimulai dari keruntuhan bintang masif generasi awal yang berevolusi jadi lubang hitam dan kemudian bertumbuh dengan melahap materi di dekatnya. 

Pertanyaannya, bagaimana lubang hitam supermasif ini bisa bertumbuh dengan cepat. 

Saat lubang hitam lahap materi, tentu saja laju makan lubang hitam ini. bergantung pada massanya. Semakin besar massa, semakin besar gravitasi, maka semakin cepat juga laju si lubang hitam menyantap materi di sekelilingnya. Tapi, lajunya dibatasi oleh batas Eddington. 

Batas Eddington ini terkait dengan luminositas maksimum yang bisa dicapai oleh lubang hitam serta kecepatan untuk mengabsorpsi materi sehingga gaya gravitasi ke dalam dan tekanan ke luar yang dihasilkan dari panas materi yang terkompresi dan jatuh ke dalam bintang bisa tetap seimbang. Jika sebuah lubang hitam mencapai batas Eddington saat mengakresi materi, maka materi justru akan terlontar dan proses akresi berhenti.

Tapi, pada kenyataannya, para astronom justru menemukan lubang hitam supermasif massa rendah sedang mengakresi atau melahap materi dengan laju yang sangat ekstrim. Dan yang menarik, lubang hitam ini diamati sedang makan ketika alam semesta baru berusia 1,5 miliar tahun.

Rakus Yang Melebihi Batas

Lubang hitam LID-568. Inilah lubang hitam yang ditemukan oleh para astronom yang dipimpin oleh Hyewon Suh dari International Gemini Observatory/NSF NOIRLab. 

Para astronom melakukan pengamatan lubang hitam dalam galaksi sampel yang diamati teleskop Chandra dengan instrumen NIRSpec JWST. Hasilnya, para astronom bisa memperoleh citra yang  lebih jelas terkait area di sekeliling lubang hitam supermasif tersebut.

Dari potret inilah para astronom bisa menemukan aliran gas keluar yang sangat kuat di sekeliling lubang hitam di pusat galaksi. Ukuran dan kecepatan aliran gas ini memperlihatkan kalau sebagian besar pertumbuhan massa LID-568 bisa terjadi hanya dalam satu kali sesi makan lubang hitam. 

Satu sesi makan lubang hitam ini memperlihatkan kalau LID-568 mengakresi materi di sekelilingnya dengan kecepatan 40 kali batas Eddington! 

Lubang hitam LID-568 sedang berpesta dan dengan rakus melahap makanan yang disajikan di sekelilingnya. Akibatnya, terjadi pertumbuhan massa yang juga sangat besar. 

Fenomena ini sekaligus memperlihatkan kalau mekanisme akresi-cepat yang melampaui batas Eddington bisa terjadi. Dan proses ini bisa menjadi jawaban dari keberadaan lubang hitam yang sangat masif di awal Alam Semesta. 

Tak hanya itu, hasil pengamatan ini menjadi bukti pengamatan dari teori pembentukan lubang hitam supermasif dari benih lubang hitam kecil yang tersisa dari kematian bintang generasi pertama, atau keruntuhan awan gas (benih yang besar). 

Penemuan lubang hitam akresi super-Eddington memberikan informasi penting bahwa pertumbuhan massa dalam jumlah besar bisa terjadi hanya dalam satu episode akresi materi, terlepas dari asal lubang hitam tersebut, apakah dari benih kecil atau besar. Dan hasil ini juga memperlihatkan kalau lubang hitam bisa melampaui batas Eddington.

Para astronom juga menduga kalau aliran gas keluar yang kuat di sekeliling lubang hitam supermasif LID-568 merupakan katup pelepas dari energi berlebih akibat proses akresi ekstrim untuk mencegah sistem menjadi tidak stabil. 

Untuk menyelidiki lebih lanjut mekanisme yang berperan, tim tersebut berencana untuk melakukan pengamatan lanjutan dengan JWST.

Pengamatan 

Lubang hitam LID-568 merupakan galaksi sampel yang diamati oleh Teleskop Sinar-X Chandra dalam survei COSMOS. Lubang hitam ini kemudian diamati dengan instrumen NIRSpec pada Teleskop Antariksa James Webb (JWST). Pada pengamatan teleskop Chandra, galaksi ini sangat terang pada spektrum sinar-X, namun tidak tampak dalam spektrum optik dan inframerah dekat. Karena itu, para astronom memanfaatkan sensitivitas inframerah JWST untuk mendeteksi pancaran redup galaksi ini. 

Masalah lain, meskipun LID-568 ini sangat terang dalam emisi sinar-X, namun posisinya tidak bisa ditentukan lewat pengamatan sinar-X saja. Hal ini menjadi masalah dalam mengarahkan dan memusatkan medan pandang JWST pada objek tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, para astronom tidak menggunakan pengamatan spektroskopi celah untuk mengontrol cahaya yang masuk. Mereka memilih menggunakan spektograf medan integral pada instrumen NIRSpec JWST untuk memperoleh spektrum untuk tiap piksel dalam medan pandang instrumen.

Teknik ini terbukti bisa menemukan aliran gas kuat di sekeliling lubang hitam supermasif dan memberikan informasi dan pemahaman baru terkait evolusi lubang hitam supermasif.