Teleskop Sinar-X Temukan Lubang-lubang Hitam Masif di Masa Awal Alam Semesta

Kalkulasi rinci menunjukkan bahwa jumlah total lubang hitam bertumbuh yang terobservasi oleh tim riset ini adalah sekitar seratus kali lebih tinggi dari perkiraan sebelumnya.

Dengan menggunakan gambar sinar-X paling dalam yang pernah ada, seorang astronom dari University of Michigan beserta para koleganya telah menemukan bukti langsung pertama bahwa lubang hitam masif adalah hal yang umum di masa awal alam semesta. Temuan dari Chandra X-ray Observatory NASA ini menunjukkan bahwa lubang-lubang hitam yang masih sangat muda itu bertumbuh lebih agresif dari dugaan sebelumnya, beriringan dengan pertumbuhan galaksi inang mereka.

Dengan mengarahkan Chandra pada suatu bidang di ruang angkasa selama lebih dari enam minggu, para astronom memperoleh apa yang dikenal sebagai Chandra Deep Field South (CDFS). Saat dikombinasikan dengan gambar-gambar infra merah dan optik yang sangat tajam dari Hubble Space Telescope NASA, data Chandra terbaru ini memungkinkan para astronom mencari lubang hitam pada 200 galaksi jauh, dari saat alam semesta masih berusia antara 800 juta dan 950 juta tahun.

“Kami punya alasan untuk berharap bahwa ada lubang hitam di banyak galaksi sangat awal, tapi mereka tersembunyi dari pencarian kami hingga kini. Saat membandingkan data Chandra dengan model-model teoritis saya, saya terperangah dengan kecocokannya. Ini adalah impian bagi setiap ahli teori,” kata Marta Volonteri, profesor astronom University of Michigan dan merupakan salah satu penulis pendamping studi yang muncul dalam Nature.

Ini adalah impresi artis tentang lubang hitam supermasif bertumbuh yang berlokasi di alam semesta awal, menunjukkan sebuah cakram gas berputar di sekitar objek sentral yang menghasilkan sejumlah radiasi yang berlebihan. Gas ini ditakdirkan untuk dikonsumsi oleh lubang hitam. Massa lubang hitam ini kurang dari seperseratus massa yang dimiliki lubang hitam ketika alam semesta mencapai usia masa sekarang sekitar 13,7 miliar tahun. (Kredit: NASA/CXC/A.Hobart)

Pertumbuhan super besar mengindikasikan bahwa lubang hitam pada CDFS berkaitan dengan quasar, objek langka sangat berkilau yang didayakan oleh material yang jatuh ke dalam lubang hitam super masif. Bagaimanapun juga, sumber-sumber pada CDFS seratus kali lebih samar, dan lubang-lubang hitamnya seribu kali lebih kecil daripada lubang hitam yang ada di quasar.

Ditemukan bahwa antara 30 dan 100 persen galaksi jauh mengandung lubang hitam yang bertumbuh. Penghitungan hasil-hasil dari bidang kecil terobervasi ini hingga keseluruhan angkasa luar, setidaknya terdapat 30 juta lubang hitam super masif di masa awal alam semesta. Ini adalah faktor 10.000 lebih besar dari perkiraan jumlah quasar di masa awal alam semesta.

“Tampaknya kami telah menemukan populasi baru lubang hitam bayi,” kata penulis pendamping Kevin Schawinski dari Yale University. “Kami rasa bayi-bayi ini akan bertumbuh dengan faktor sekitar seratus atau seribu, pada akhirnya menjadi lubang hitam raksasa seperti yang kita lihat saat ini, hampir 13 milyar tahun kemudian.”

Gambar komposit dari Chandra X-ray Observatory dan Hubble Space Telescope ini menggabungkan pandangan sinar-X, optik dan inframerah paling dalam ke luar angkasa. Dengan menggunakan gambar-gambar ini, para astronom memperoleh bukti langsung pertama bahwa lubang hitam adalah umum di alam semesta awal dan menunjukkan bahwa lubang hitam sangat muda bertumbuh lebih agresif dari perkiraan sebelumnya. (Kredit: Sinar-X: NASA/CXC/U.Hawaii/E.Treister dan lain-lain; Optik: NASA/STScI/S.Beckwith dan lain-lain)

Populasi lubang hitam bayi di masa awal alam semesta sudah terprediksi, namun belum terobservasi. Kalkulasi rinci menunjukkan bahwa jumlah total lubang hitam bertumbuh yang terobservasi oleh tim riset ini adalah sekitar seratus kali lebih tinggi dari perkiraan sebelumnya.

“Sebelumnya kami tak tahu apa yang terjadi dengan lubang hitam pada galaksi-galaksi awal — atau bahkan keberadaannya,” kata Ezequiel Treister dari University of Hawaii, pimpinan penulis studi. “Kini kami tahu mereka memang ada dan mereka bertumbuh dengan semangat dan cepat.”

Karena lubang-lubang hitam bayi ini nyaris semuanya terselubung awan tipis gas dan debu, teleskop optik seringkali tak bisa mendeteksi mereka. Bagaimanapun juga, energi tinggi cahaya sinar-X mampu menembus selubung tersebut, memungkinkan lubang-lubang hitam di dalamnya bisa dipelajari.

Dua isu kritis dalam fisika lubang hitam adalah bagaimana lubang-lubang hitam pertama terbentuk dan bagaimana mereka bertumbuh. Meskipun bukti untuk pertumbuhan pararel lubang hitam dan galaksi telah ditetapkan, hasil Chandra terbaru ini menunjukkan bahwa koneksi ini dimulai lebih awal dari dugaan sebelumnya.

Telah disebutkan bahwa lubang-lubang hitam awal berperan penting dalam membersihkan “kabut” kosmik hidrogen netral (tidak bermuatan) yang menyelimuti masa awal alam semesta saat temperaturnya mendingin setelah Big Bang. Bagaimanapun juga, studi Chandra menunjukkan bahwa selimut debu dan gas menahan radiasi ultraviolet — yang dihasilkan lubang hitam — untuk menyembur keluar dan melakukan “reionisasi” ini. Dengan demikian, pembersihan kabut tersebut tampaknya dilakukan oleh bintang-bintang dan lubang-lubang hitam yang tak bertumbuh pada permulaan kosmik.

Chandra mampu mendeteksi objek-objek yang sangat samar pada kejauhan, namun lubang-lubang hitam ini begitu kabur karena beberapa fotonnya relatif dapat lolos sehingga tak bisa dideteksi. Sebaliknya, tim riset menggunakan tehnik yang mengandalkan kemampuan Chandra dalam menentukan arah sinar-X dengan sangat akurat untuk menambahkan jumlah sinar-X di dekat posisi galaksi jauh, dan secara statistik menemukan sinyal yang signifikan.

Sumber:

http://www.faktailmiah.com/2011/06/20/teleskop-sinar-x-temukan-lubang-lubang-hitam-masif-di-masa-awal-alam-semesta.html