Sebuah tim astronom yang dipimpin oleh University of Arizona telah mengamati sebuah quasar yang sangat terang berjarak 13,03 miliar tahun cahaya dari Bumi. Merupakan quasar terjauh yang pernah ditemukan hingga saat ini. Quasar adalah sebuah pancaran energi yang sangat kuat dari pusat sebuah galaksi, di mana sebuah lubang hitam supermasif aktif berada dan memakan semua materi di sekelilingnya.
Quasar yang baru ditemukan ini dikenal sebagai J0313-1806. Para peneliti mengidentifikasinya berasal dari 690 juta tahun setelah peristiwa Big Bang. Meskipun saat itu alam semesta masih muda, hanya 5% dari usianya saat ini. Namun, quasar ini menjadi tuan rumah dari lubang hitam supermasif yang ukurannya setara dengan gabungan 1,6 miliar massa matahari.
Ini menimbulkan pertanyaan bagi para ilmuwan. Bagaimana quasar ini bisa muncul dengan begitu cepatnya – secara pembentukan semesta – setelah Big Bang?
Karena, bertentangan dengan dua model terkini tentang bagaimana sebuah lubang hitam supermasif terbentuk dalam rentang waktu yang begitu singkat. Model pertama mengusulkan bahwa lubang hitam supermasif awalnya kecil dari semakin besar seiring bertambahnya berbagai materi. Model kedua melibatkan gugusan bintang yang padat, yang runtuh menjadi lubang hitam raksasa sejak awal.
Selain menjadi quasar terjauh yang diketahui, objek tersebut adalah yang pertama dari jenisnya yang menunjukkan bukti hembusan yang keluar dari gas super-panas yang keluar dari lingkungan lubang hitam dengan seperlima kecepatan cahaya. Selain mengungkap hembusan angin kuat yang digerakkan oleh quasar, pengamatan baru ini juga menunjukkan aktivitas pembentukan bintang-bintang yang intens di galaksi induk di mana quasar berada.
Penelitian tersebut telah dipresentasikan pada pertemuan ke – 237 American Astronomical Society. Juga telah diterima oleh The Astrophysical Journal Letters, dan tersedia di arXiv.
Quasar dianggap sebagai hasil dari sebuah lubang hitam supermasif yang menelan berbagai materi yang ada di sekitarnya. Seperti gas, atau bahkan bintang, menghasilkan pusaran materi super panas yang dikenal sebagai cakram akresi yang berputar di sekitar lubang hitam. Karena energi yang terlibat sangat besar, quasar adalah salah satu sumber paling terang di semesta, sering kali cahayanya melampaui dari galaksi induknya.
“Ini adalah bukti paling awal tentang bagaimana lubang hitam supermasif memengaruhi galaksi induknya di sekitarnya,” kata penulis utama studi tersebut, Feige Wang, dari Hubble Fellow di UArizona’s Steward Observatory. “Dari pengamatan berbagai galaksi yang lebih jauh, kami tahu bahwa itu seharusnya terjadi, tetapi kami belum pernah melihatnya terjadi begitu awal di alam semesta.”
Lubang hitam berasal dari sebuah bintang yang masa hidupnya berakhir lalu meledak sebagai supernova dan runtuh menjadi lubang hitam. Ketika berbagai lubang hitam menyatu seiring waktu, maka akan tumbuh menjadi sebuah lubang hitam supermasif. Namun, quasar di alam semesta awal mendapatkan massanya dengan cara lain.
Quasar J0313-1806, bagaimanapun, menawarkan lubang hitam yang terlalu besar untuk dijelaskan oleh skenario yang disebutkan di atas, menurut tim yang menemukannya. Tim menghitung bahwa jika lubang hitam di pusatnya terbentuk 100 juta tahun setelah Big Bang dan tumbuh secepat mungkin, ia masih harus memiliki setidaknya 10.000 massa matahari.
“Ini memberi tahu Anda bahwa apa pun yang Anda lakukan, benih lubang hitam ini pasti terbentuk oleh mekanisme yang berbeda,” kata rekan penulis Xiaohui Fan, Profesor Bupati dan kepala asosiasi Departemen Astronomi UArizona. “Dalam kasus ini, yang melibatkan sejumlah besar gas hidrogen dingin purba langsung runtuh ke dalam lubang hitam benih.”
Karena mekanisme ini tidak memerlukan bintang utuh sebagai bahan mentah, maka mekanisme ini adalah satu-satunya yang memungkinkan lubang hitam supermasif quasar J0313-1806 tumbuh menjadi 1,6 miliar massa matahari pada masa awal alam semesta. Inilah yang membuat rekor baru quasar sangat berharga, Fan menjelaskan.
“Begitu Anda pergi ke redshift yang lebih rendah, semua model bisa menjelaskan keberadaan quasar yang tidak terlalu jauh dan tidak terlalu masif,” katanya. “Agar lubang hitam tumbuh ke ukuran yang kita lihat dengan J0313-1806, itu harus dimulai dengan lubang hitam benih setidaknya 10.000 massa matahari, dan itu hanya mungkin dalam skenario keruntuhan langsung. . ”
Quasar yang baru ditemukan tampaknya menawarkan kilasan langka ke dalam kehidupan galaksi pada awal alam semesta ketika banyak proses pembentukan galaksi yang telah melambat atau berhenti di galaksi yang telah ada lebih lama masih berjalan lancar. .
Menurut model evolusi galaksi saat ini, lubang hitam supermasif yang tumbuh di pusatnya bisa menjadi alasan utama mengapa galaksi pada akhirnya berhenti membuat bintang baru. Bertindak seperti obor proporsi kosmik, quasar meledakkan lingkungannya dengan ganas, secara efektif menyapu galaksi induknya hingga bersih dari sebagian besar gas dingin yang berfungsi sebagai bahan mentah pembentukan bintang.
“Kami pikir lubang hitam supermasif itu adalah alasan mengapa banyak galaksi besar berhenti membentuk bintang di beberapa titik,” kata Fan. “Kami mengamati ‘pendinginan’ ini pada pergeseran merah (red shift) yang lebih rendah, tetapi sampai sekarang, kami tidak tahu seberapa awal proses ini dimulai dalam sejarah alam semesta. Quasar ini adalah bukti paling awal bahwa pendinginan mungkin telah terjadi pada masa-masa yang sangat awal.”
Dengan mengukur luminositas quasar, tim Wang menghitung bahwa lubang hitam supermasif di pusatnya menelan rata-rata massa yang setara dengan 25 matahari setiap tahunnya. Mungkin ini sebagai alasan utama hembusan angin plasma super panas berkecepatan relativistik.
Dan sementara Bima Sakti membentuk bintang dengan kecepatan lebih lambat sekitar satu kali massa Matahari setiap tahunnya, J0313-1806 menghasilkan 200 kali massa Matahari dalam periode waktu yang sama.
“Ini adalah tingkat pembentukan bintang yang relatif tinggi, mirip dengan yang diamati di quasar lain yang seusianya, dan ini memberi tahu kita bahwa galaksi induk berkembang sangat cepat,” kata Wang.
“Quasar ini mungkin masih dalam proses membangun lubang hitam supermasif,” tambah Fan. “Seiring waktu, aliran quasar memanaskan dan mendorong semua gas keluar dari galaksi, dan kemudian lubang hitam tidak memiliki apa-apa lagi untuk dimakan dan akan berhenti tumbuh. Ini adalah bukti tentang bagaimana galaksi masif paling awal dan quasarnya tumbuh.”
