Ilustrasi lubang hitam di alam semesta (Foto: Earth)
Jakarta, Jurnas.com - Selama bertahun-tahun,para astronom dibingungkan oleh fenomena terbentuknya lubang hitam. Pasalnya, benda langit ini mampu tumbuh secara masif.
Dikutip dari Earth pada Selasa 27/1), lubang hitam yang awalnya kecil, dengan massa hanya beberapa kali Matahari, ternyata bisa tumbuh menjadi raksasa dengan massa puluhan ribu kali Matahari hanya dalam waktu beberapa juta tahun. Kecepatan pertumbuhan ini terasa tidak masuk akal jika dibandingkan dengan teori klasik.
Masalahnya, alam semesta pada masa awal usianya masih sangat muda. Waktu yang tersedia terasa terlalu singkat untuk memungkinkan lubang hitam tumbuh sebesar itu secara perlahan. Namun, pengamatan menunjukkan bahwa lubang hitam masif sudah ada sejak bab-bab awal sejarah kosmos.
Penelitian terbaru kini memberikan petunjuk baru. Melalui simulasi komputer, para ilmuwan menemukan bahwa lubang hitam pertama kemungkinan tidak tumbuh secara stabil dan perlahan.
Sebaliknya, lubang hitam mengalami lonjakan pertumbuhan singkat namun sangat cepat, saat kondisi di galaksi muda memungkinkan pasokan gas mengalir jauh lebih deras dari perkiraan sebelumnya.
Hasil ini membantu menjembatani kesenjangan antara teori dan pengamatan. Selama ini, model standar kesulitan menjelaskan bagaimana lubang hitam bisa mengejar ukuran raksasa dalam waktu sesingkat itu.
Penelitian ini dipimpin oleh Daxal Mehta, kandidat doktor di Maynooth University, Irlandia. Dia menunjukkan bahwa lingkungan galaksi awal yang masih kacau menciptakan kondisi khusus yang memungkinkan pertumbuhan ekstrem tersebut terjadi, meskipun hanya sesaat.
Di galaksi-galaksi pertama, gas belum tertata rapi seperti di galaksi modern. Gaya gravitasi menumpuk gas ke pusat galaksi, sementara awan gas terus saling bertabrakan. Alih-alih membentuk orbit yang tenang, gas justru mengalir ke pusat dengan cara yang tidak teratur.
Gas inilah yang menjadi makanan lubang hitam. Proses jatuhnya gas ke arah lubang hitam dikenal sebagai akresi. Semakin banyak gas yang jatuh, semakin cepat massa lubang hitam bertambah. Dalam kondisi galaksi muda yang bergejolak, akresi bisa berlangsung jauh lebih cepat dibandingkan lingkungan yang lebih stabil.
Turbulensi dan tabrakan gas juga membantu menghilangkan momentum putar gas. Dengan kata lain, gas tidak sempat menghindar dengan berputar jauh dari pusat, melainkan terus meluncur masuk ke arah lubang hitam. Namun, kondisi seperti ini tidak terjadi di semua tempat, sehingga hanya sebagian kecil lubang hitam yang mengalami pertumbuhan ekstrem.
Lubang hitam awal ini berasal dari benih lubang hitam. Salah satu sumber benih tersebut adalah bintang generasi pertama, atau bintang Populasi III, yang terbentuk hanya dari hidrogen dan helium. Ketika bintang-bintang ini runtuh, mereka meninggalkan lubang hitam berukuran relatif kecil.
Sebelumnya, benih ringan seperti ini dianggap terlalu kecil untuk berkembang menjadi lubang hitam raksasa. Ada batas teoritis yang disebut batas Eddington, yaitu titik ketika tekanan cahaya dari gas panas yang jatuh ke lubang hitam mulai mendorong balik gas tersebut, sehingga memperlambat pertumbuhan.
Namun, simulasi baru menunjukkan bahwa dalam aliran gas yang sangat padat dan berputar kacau, cahaya sulit keluar. Akibatnya, tekanan balik melemah dan gas tetap bisa masuk. Kondisi ini memungkinkan pertumbuhan yang melampaui batas teoritis, yang dikenal sebagai akresi super-Eddington.
Untuk menangkap fenomena ini, tim peneliti menjalankan simulasi dengan tingkat detail sangat tinggi. Mereka memodelkan pergerakan gas dalam skala yang jauh lebih kecil daripada gugus bintang, sehingga aliran gas padat tidak “tercampur” secara kasar dalam perhitungan komputer.
Resolusi tinggi ini memungkinkan terbentuknya aliran gas sempit dan cakram kecil di sekitar lubang hitam, yang memicu lonjakan pertumbuhan singkat. Namun, simulasi seperti ini sangat mahal secara komputasi, sehingga hanya bisa melacak evolusi alam semesta selama ratusan juta tahun.
Pertumbuhan lubang hitam tidak selalu mulus. Galaksi muda juga dipenuhi bintang baru dan ledakan bintang mati yang memanaskan serta mengusir gas. Proses ini disebut umpan balik, yaitu ketika energi dari bintang dan lubang hitam sendiri justru menghambat pasokan gas berikutnya.
Dalam simulasi, lonjakan pertumbuhan sering berakhir ketika tekanan panas meningkat dan gas terdorong menjauh. Meski begitu, beberapa lubang hitam berhasil tumbuh besar sebelum bahan bakar habis, tanpa memerlukan kondisi awal yang sangat langka.
Sebagian besar benih lubang hitam tetap kecil, tetapi sebagian kecil tumbuh dalam episode singkat yang hanya berlangsung beberapa juta tahun. Selama fase ini, lubang hitam menjadi sangat terang dan berpotensi bisa diamati oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb.
Pengamatan JWST memang sudah menemukan lubang hitam yang tampak terlalu besar untuk usia alam semesta saat itu. Salah satu sumber sinar-X pada jarak sangat jauh, dengan pergeseran merah sekitar 10, bahkan diduga berkaitan dengan quasar awal.
Temuan ini membuka kembali perdebatan antara dua skenario, yaitu benih berat yang sejak awal sudah besar, dan benih ringan yang tumbuh sangat cepat. Simulasi Mehta menunjukkan bahwa benih ringan pun memiliki peluang untuk mengejar ketertinggalan.
Di masa depan, observatorium gelombang gravitasi LISA, yang direncanakan meluncur pada 2035, bisa memberikan petunjuk tambahan. Jika banyak lubang hitam kecil tumbuh cepat dan saling bergabung, LISA dapat mendeteksi lebih banyak sinyal gelombang gravitasi frekuensi rendah.
Gabungan data teleskop dan detektor gelombang gravitasi akan membantu menentukan jalur pertumbuhan mana yang paling umum. Penelitian ini menghubungkan bintang pertama, galaksi muda yang kacau, dan lubang hitam raksasa yang kini menghuni pusat galaksi.
Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Nature Astronomy.
Google News: http://bit.ly/4omUVRy
Terbaru: https://jurnas.com/redir.php?p=latest
Langganan : https://www.facebook.com/jurnasnews/subscribe/
Youtube: https://www.youtube.com/@jurnastv1825?sub_confirmation=1
lubang hitam awal pertumbuhan lubang hitam alam semesta awal
