Teleskop Luar Angkasa James Webb mengungkapkan lubang hitam supermasif aktif sangat langka di alam semesta awal

Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), para astronom menemukan bahwa ketika alam semesta kita yang berusia 13,8 miliar tahun berusia antara 4 miliar dan 6 miliar tahun, jumlah lubang hitam supermasif yang ada di dalamnya lebih sedikit daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Lubang hitam supermasif, yang ukurannya bisa jutaan, atau bahkan milyaran kali lebih besar dari matahari, tumbuh dengan memakan materi yang mengelilinginya dalam bentuk piringan pipih yang disebut piringan akresi. Pengaruh gravitasi lubang hitam ini juga memanaskan material tersebut, sehingga memancarkan radiasi dalam jumlah besar. Ketika lubang hitam mengambil bagian dalam proses ekstrem ini, seluruh wilayah (termasuk pancaran radiasi tersebut) dikenal sebagai inti galaksi aktif, atau AGN.

Sujet a lireRugby-Prancis memenangkan pemanasan terakhir Piala Dunia atas Wallabies yang terkepung

Meskipun lubang hitam supermasif ada di semua galaksi besar, tidak semua objek yang memiliki gravitasi mengerikan ini mengonsumsi cukup materi untuk mencapai status AGN. AGN dapat memancarkan begitu banyak cahaya sehingga sering kali melebihi cahaya gabungan setiap bintang di galaksi tempat mereka tinggal.

Temuan ini, yang disampaikan oleh Instrumen Inframerah Tengah (MIRI) JWST, menawarkan wawasan tentang sifat-sifat AGN dan menekankan tantangan yang terkait dengan penemuan kacamata ini di alam semesta awal. Didukung oleh program Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), hasil penelitian ini juga memberi petunjuk bahwa alam semesta kita mungkin lebih stabil dari perkiraan selama masa “remaja”, yang menurut para ilmuwan merupakan periode paling intens dalam pembentukan bintang.

Cela peut vous intéresserRingkasan Berita Dunia Reuters

Terkait: Bagaimana lubang hitam supermasif bisa menjadi begitu besar dan begitu cepat setelah Big Bang?

Tim mencapai kesimpulan ini ketika mereka mempelajari wilayah luar angkasa yang disebut Extended Groth Strip, yang terletak di dekat Biduk antara konstelasi Ursa Major dan Boötes. Wilayah ini, yang diperkirakan memiliki 50.000 galaksi, telah dipelajari secara ekstensif – namun belum pernah dilakukan dengan teleskop sekuat JWST.

“Pengamatan kami dilakukan pada bulan Juni dan Desember lalu, dan kami bertujuan untuk mengkarakterisasi tampilan galaksi selama masa kejayaan pembentukan bintang di alam semesta,” Allison Kirkpatrick, ketua tim dan asisten profesor astronomi dan fisika di Universitas Kansas, mengatakan dalam sebuah pernyataan. “Ini adalah melihat kembali ke masa 7 hingga 10 miliar tahun yang lalu.”

Dengan menggunakan MIRI, Kirkpatrick mengatakan dia dan rekan-rekannya melihat ke balik debu di galaksi yang ada 10 miliar tahun lalu, yang dapat menyembunyikan fenomena kosmik seperti pembentukan bintang yang sedang berlangsung dan pertumbuhan lubang hitam supermasif.

“Jadi,” tambahnya, “Saya melakukan survei pertama untuk mencari lubang hitam supermasif yang mengintai di pusat galaksi.”

Galaksi lubang hitam supermasif awal menghasilkan kejutan ganda

Survei ini memberikan kejutan bagi Kirkpatrick dan rekan-rekannya. Mereka memperkirakan JWST akan menemukan lebih banyak AGN dibandingkan survei sebelumnya di wilayah yang sama, seperti yang dilakukan dengan Teleskop Luar Angkasa Spitzer. Namun sebaliknya, hanya segelintir lubang hitam supermasif tambahan yang berhasil ditemukan.

“Hasilnya tampak sangat berbeda dari apa yang saya perkirakan, sehingga menimbulkan kejutan besar pertama bagi saya,” kata Kirkpatrick. “Salah satu temuan penting adalah kelangkaan lubang hitam supermasif yang berkembang pesat. Temuan ini menimbulkan pertanyaan tentang keberadaan objek-objek ini.”

Dia berpendapat bahwa hal ini berarti lubang hitam mungkin tumbuh lebih lambat dari perkiraan, dan menambahkan bahwa mungkin tingkat makan lubang hitam salah dihitung oleh Spitzer karena teleskop hanya memungkinkan para astronom untuk melihat galaksi paling terang dan paling masif dengan lubang hitam supermasif yang berkembang pesat.

Lubang hitam tersebut diketahui memompa lebih banyak cahaya dibandingkan lubang hitam supermasif yang makannya lebih lambat, sehingga membuatnya lebih mudah untuk dideteksi.

Pertumbuhan lubang hitam supermasif di awal alam semesta merupakan misteri penting yang harus dipecahkan oleh para ilmuwan luar angkasa karena raksasa kosmik ini diyakini memiliki pengaruh besar terhadap lingkungannya. Misalnya, mereka dapat berdampak pada pertumbuhan galaksi tuan rumah dan pembentukan bintang secara moderat, sehingga menjadikan mereka elemen penting dalam evolusi alam semesta secara keseluruhan.

“Temuan penelitian ini menunjukkan bahwa lubang hitam ini tidak berkembang pesat, menyerap materi terbatas, dan mungkin tidak berdampak signifikan terhadap galaksi induknya,” lanjut Kirkpatrick. “Penemuan ini membuka perspektif baru mengenai pertumbuhan lubang hitam karena pemahaman kita saat ini sebagian besar didasarkan pada lubang hitam paling masif di galaksi terbesar, yang memiliki dampak signifikan terhadap inangnya, namun lubang hitam yang lebih kecil di galaksi-galaksi ini kemungkinan besar memiliki dampak yang signifikan terhadap inangnya. bukan.”

Namun, ini bukan satu-satunya kejutan ketika galaksi-galaksi ini jatuh ke pangkuan Kirkpatrick dan timnya. Para peneliti juga terkejut dengan kurangnya debu di galaksi yang mereka pelajari.

“Dengan menggunakan JWST, kita dapat mengidentifikasi galaksi yang jauh lebih kecil dari sebelumnya, termasuk galaksi seukuran Bima Sakti atau bahkan lebih kecil lagi, yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan pada pergeseran merah (jarak kosmik) ini,” kata Kirkpatrick. “Biasanya, galaksi paling masif memiliki banyak debu karena laju pembentukan bintangnya yang cepat.”

“Saya berasumsi,” lanjutnya, “bahwa galaksi bermassa lebih rendah juga akan mengandung sejumlah besar debu, namun ternyata tidak, hal ini bertentangan dengan ekspektasi saya dan menawarkan penemuan menarik lainnya.”

Penelitian ini juga bisa berdampak pada lubang hitam supermasif yang tidak aktif dan makan secara perlahan, Sagitarius A* (Sgr A*), yang berada di pusat Bima Sakti.

Pada dasarnya, lubang hitam supermasif di galaksi kita menelan begitu sedikit materi sehingga jika ia adalah manusia, ia hanya akan hidup dengan memakan satu butir beras setiap juta tahun. Namun hasil yang diperoleh tim dapat menyiratkan bahwa Sgr A* mungkin tidak selalu merupakan orang yang rajin makan.

Mereka berpendapat bahkan Bima Sakti mungkin pernah memiliki AGN di jantungnya.

“Lubang hitam kita nampaknya cukup lancar, tidak menunjukkan banyak aktivitas. Salah satu pertanyaan penting mengenai Bima Sakti adalah apakah ia pernah aktif atau sedang melalui fase AGN,” kata Kirkpatrick. “Jika sebagian besar galaksi, seperti galaksi kita, tidak memiliki AGN yang dapat dideteksi, hal ini dapat berarti bahwa lubang hitam kita tidak pernah seaktif ini di masa lalu.

“Pada akhirnya, pengetahuan ini akan membantu membatasi dan mengukur massa lubang hitam, menjelaskan asal muasal pertumbuhan lubang hitam, yang masih menjadi pertanyaan yang belum terjawab.”

Peneliti Universitas Kansas telah diberikan lebih banyak waktu dengan JWST untuk melanjutkan studinya di bidang Extended Groth Strip dengan MIRI. Artinya, meskipun penelitian saat ini hanya berfokus pada 400 galaksi, penelitian di masa depan akan berfokus pada 5.000 galaksi awal.

Penelitian tim telah diterima untuk dipublikasikan di jurnal Astrophysical Journal, dengan versi pasca-peer review tersedia di repositori makalah arXiv.