Sebuah studi baru memprediksi keberadaan massa yang lebih besar dari lubang hitam supermasif di alam semesta

Di dekat pusat galaksi Bima Sakti terdapat objek masif yang oleh para astronom disebut Sagitarius A*. Lubang hitam “supermasif” ini mungkin tumbuh bersama galaksi kita, dan tidak sendirian. Para ilmuwan percaya bahwa raksasa serupa terletak di jantung hampir semua galaksi besar di alam semesta.

Beberapa dari mereka bisa menjadi sangat besar, kata Joseph Simon, seorang peneliti postdoctoral di Departemen Astrofisika dan Ilmu Planet di University of Colorado Boulder.

“Lubang hitam di pusat galaksi kita jutaan kali lebih masif dari Matahari, tapi kita juga melihat lubang hitam lain yang menurut kita miliaran kali massa Matahari,” katanya.

Ahli astrofisika telah mengabdikan karirnya untuk mempelajari perilaku benda-benda yang sulit diamati ini. Dalam studi baru-baru ini, dia menggunakan simulasi komputer, atau “model”, untuk memprediksi massa lubang hitam supermasif terbesar di alam semesta — sebuah konsep matematika yang dikenal sebagai fungsi massa lubang hitam.

Dengan kata lain, Simon berusaha menentukan apa yang mungkin Anda temukan jika Anda dapat menempatkan masing-masing lubang hitam ini satu demi satu dalam skala raksasa.

Perhitungannya menunjukkan bahwa miliaran tahun yang lalu, rata-rata lubang hitam mungkin jauh lebih besar daripada yang diperkirakan para ilmuwan sebelumnya. Temuan ini dapat membantu para peneliti memecahkan misteri yang lebih besar, menjelaskan kekuatan yang membentuk objek seperti Sagitarius A* saat mereka tumbuh dari lubang hitam kecil menjadi raksasa seperti sekarang ini.

“Kami mulai melihat dari berbagai sumber yang berbeda bahwa ada hal-hal yang sangat masif di alam semesta sejak awal,” kata Simon.

Dia menerbitkan temuannya pada 30 Mei di Surat Jurnal Astrofisika.

Simfoni Galaksi

Bagi Simon, “benda yang sangat besar” ini adalah roti dan mentega miliknya.

Ahli astrofisika adalah bagian dari upaya penelitian kedua yang disebut Observatorium Gelombang Gravitasi Nanohertz Amerika Utara (NANOGrav). Dengan proyek tersebut, Simon dan ratusan ilmuwan lain di Amerika Serikat dan Kanada telah menghabiskan 15 tahun meneliti fenomena yang dikenal sebagai “latar belakang gelombang gravitasi”. Konsep ini mengacu pada aliran konstan gelombang gravitasi, atau riak raksasa dalam ruang dan waktu, yang beriak melalui alam semesta hampir secara konstan.

Momentum kosmik ini juga berasal dari lubang hitam supermasif. Simon menjelaskan bahwa jika dua galaksi bertabrakan satu sama lain di ruang angkasa, pusat lubang hitam mungkin juga bertabrakan dan bahkan bergabung. Mereka berputar-putar sebelum menabrak satu sama lain seperti dua simbal dalam orkestra – hanya simbal ini yang menghasilkan gelombang gravitasi, yang secara harfiah membengkokkan jalinan alam semesta.

Untuk memahami latar belakang gelombang gravitasi, para ilmuwan pertama-tama perlu mengetahui seberapa besar sebenarnya lubang hitam supermasif di alam semesta. Simbal yang lebih besar menciptakan ledakan yang lebih besar dan menghasilkan lebih banyak gelombang gravitasi, kata Simon.

Hanya ada satu masalah.

“Kami sudah memiliki pengukuran yang baik tentang massa lubang hitam supermasif galaksi kita dan galaksi terdekat,” katanya. “Kami tidak memiliki jenis pengukuran yang sama untuk galaksi jauh. Kami hanya perlu menebak.”

Lubang hitam sedang meningkat

Dalam penelitian barunya, Simon memutuskan untuk menebak dengan cara yang benar-benar baru.

Pertama, dia mengumpulkan informasi tentang ratusan ribu galaksi, yang berusia beberapa miliar tahun. (Cahaya hanya dapat bergerak sangat cepat, jadi ketika manusia mengamati galaksi yang jauh, mereka melihat ke masa lalu.) Simon menggunakan informasi ini untuk menghitung perkiraan massa lubang hitam untuk galaksi terbesar di alam semesta. Kemudian dia menggunakan model komputer untuk mensimulasikan gelombang gravitasi latar belakang yang akan dibuat oleh galaksi-galaksi ini yang saat ini mencuci Bumi.

Temuan Simon mengungkapkan berbagai macam massa lubang hitam supermasif di alam semesta sejak hampir 4 miliar tahun yang lalu. Dia juga memperhatikan sesuatu yang aneh: tampaknya ada lebih banyak galaksi besar yang tersebar di seluruh alam semesta miliaran tahun yang lalu daripada yang diperkirakan oleh beberapa penelitian sebelumnya. Itu tidak masuk akal.

“Ada harapan bahwa Anda hanya akan melihat sistem yang sangat masif ini di alam semesta dekat,” kata Simon. “Butuh waktu bagi lubang hitam untuk tumbuh.”

Namun, penelitiannya menambah semakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa mereka mungkin tidak membutuhkan waktu sebanyak yang diyakini oleh astrofisikawan. Misalnya, tim NANOGrav melihat sinyal serupa dari lubang hitam raksasa yang bersembunyi di alam semesta miliaran tahun lalu.

Untuk saat ini, Simon berharap untuk menjelajahi berbagai macam lubang hitam yang membentang lebih jauh ke masa lalu, mengungkapkan petunjuk tentang bagaimana Bima Sakti, dan akhirnya tata surya kita, muncul.

“Memahami massa lubang hitam sangat penting untuk beberapa pertanyaan mendasar seperti latar belakang gelombang gravitasi, tetapi juga bagaimana galaksi tumbuh dan bagaimana alam semesta kita berkembang,” kata Simon.