Para Astronom Mengungkap Misteri Biner Lubang Hitam Terberat di Alam Semesta

Data dari Gemini North memberikan kemungkinan penjelasan untuk biner supermasif lubang hitammerger dihentikan.

Dengan menggunakan data arsip dari teleskop Gemini North, tim astronom telah mengukur sepasang lubang hitam supermasif terberat yang pernah ditemukan. Penggabungan dua lubang hitam supermasif merupakan fenomena yang telah lama diprediksi, meski tidak pernah diamati. Pasangan masif ini memberikan petunjuk mengapa peristiwa seperti itu tampaknya sangat tidak mungkin terjadi di alam semesta.

Read Also

Keluarga George Carlin Membawa Omong kosong AI ini ke Pengadilan

28 Jan 2024

Hampir setiap galaksi masif memiliki lubang hitam supermasif di pusatnya. Ketika dua galaksi bergabung, lubang hitamnya dapat membentuk pasangan biner, artinya keduanya berada dalam orbit terikat satu sama lain. Ada hipotesis bahwa biner-biner ini ditakdirkan untuk akhirnya bergabung, tetapi hal ini tidak pernah diamati.⁽¹⁾ Pertanyaan apakah peristiwa seperti itu mungkin terjadi telah menjadi topik diskusi di kalangan astronom selama beberapa dekade. Dalam makalah yang baru-baru ini diterbitkan di Itu Jurnal Astrofisikatim astronom memberikan wawasan baru tentang pertanyaan ini.

Menggunakan data arsip dari teleskop Gemini North, setengah dari Observatorium Gemini Internasional, yang dioperasikan oleh NSF NOIRLab, tim astronom telah mengukur sepasang lubang hitam supermasif terberat yang pernah ditemukan. Penggabungan dua lubang hitam supermasif merupakan fenomena yang telah lama diprediksi, meski tidak pernah diamati. Pasangan masif ini memberikan petunjuk mengapa peristiwa seperti itu tampaknya sangat tidak mungkin terjadi di alam semesta.

Wawasan Belum Pernah Ada Sebelumnya Dari Gemini Utara

Tim menggunakan data dari teleskop Gemini North di Hawai’i, setengah dari Observatorium Gemini Internasional yang dioperasikan oleh NOIRLab NSF, yang didanai oleh US National Science Foundation, untuk menganalisis biner lubang hitam supermasif yang terletak di dalam galaksi elips B2. 0402+379. Ini adalah satu-satunya biner lubang hitam supermasif yang pernah dipecahkan dengan cukup detail untuk melihat kedua objek secara terpisah.⁽²⁾ dan ia memegang rekor jarak terkecil yang pernah diukur secara langsung — hanya 24 tahun cahaya.⁽³⁾

Read Also

Politik | Edisi 6 April 2024

04 Apr 2024

Meskipun pemisahan yang sangat dekat ini menandakan terjadinya merger yang kuat, penelitian lebih lanjut mengungkapkan bahwa pasangan ini telah terhenti pada jarak ini selama lebih dari tiga miliar tahun, sehingga menimbulkan pertanyaan; apa kendalanya?

Tantangan Penggabungan Lubang Hitam Biner

Untuk lebih memahami dinamika sistem ini dan penghentian penggabungannya, tim melihat data arsip dari Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) Gemini North, yang memungkinkan mereka menentukan kecepatan bintang-bintang di sekitar lubang hitam. “Sensitivitas GMOS yang sangat baik memungkinkan kami memetakan peningkatan kecepatan bintang ketika seseorang melihat lebih dekat ke pusat galaksi,” kata Roger Romani, profesor fisika Universitas Stanford dan salah satu penulis makalah tersebut. “Dengan itu, kami dapat menyimpulkan total massa lubang hitam yang berada di sana.”

Tim memperkirakan massa biner tersebut mencapai 28 miliar kali massa Matahari, sehingga menjadikan pasangan ini sebagai lubang hitam biner terberat yang pernah diukur. Pengukuran ini tidak hanya memberikan konteks berharga pada pembentukan sistem biner dan sejarah galaksi induknya, namun juga mendukung teori lama bahwa massa lubang hitam biner supermasif memainkan peran penting dalam menghentikan potensi penggabungan.⁽⁴⁾

“Arsip data yang dimiliki oleh Observatorium Gemini Internasional menyimpan tambang emas berupa penemuan ilmiah yang belum dimanfaatkan,” kata Martin Still, direktur program NSF untuk Observatorium Gemini Internasional. “Pengukuran massa lubang hitam biner supermasif ekstrem ini adalah contoh menakjubkan dari potensi dampak penelitian baru yang mengeksplorasi arsip kaya tersebut.”

Pembentukan dan Masa Depan Sistem Biner

Memahami bagaimana biner ini terbentuk dapat membantu memprediksi apakah dan kapan ia akan bergabung – dan beberapa petunjuk menunjukkan bahwa pasangan tersebut terbentuk melalui penggabungan beberapa galaksi. Yang pertama adalah bahwa B2 0402+379 adalah ‘gugus fosil’, artinya ini adalah hasil penggabungan bintang dan gas dari seluruh gugus galaksi menjadi satu galaksi masif. Selain itu, kehadiran dua lubang hitam supermasif, ditambah dengan gabungan massanya yang besar, menunjukkan bahwa lubang hitam tersebut dihasilkan dari penggabungan beberapa lubang hitam kecil dari beberapa galaksi.

Setelah penggabungan galaksi, lubang hitam supermasif tidak bertabrakan secara langsung. Sebaliknya mereka mulai saling melontarkan satu sama lain saat mereka menetap di orbit yang terikat. Dengan setiap lintasan yang mereka lakukan, energi ditransfer dari lubang hitam ke bintang-bintang di sekitarnya. Ketika mereka kehilangan energi, pasangan tersebut terseret semakin dekat hingga jarak mereka hanya beberapa tahun cahaya, di mana radiasi gravitasi mengambil alih dan mereka bergabung. Proses ini telah diamati secara langsung pada pasangan lubang hitam bermassa bintang – kejadian pertama yang tercatat terjadi pada tahun 2015 melalui deteksi gelombang gravitasi – tetapi tidak pernah dalam biner dengan variasi supermasif.

Merger yang Terhenti dan Potensi Persatuan di Masa Depan

Dengan pengetahuan baru tentang massa sistem yang sangat besar, tim menyimpulkan bahwa diperlukan jumlah bintang yang sangat besar untuk memperlambat orbit biner agar bisa mendekatkannya. Dalam prosesnya, lubang hitam tampaknya telah membuang hampir seluruh materi di sekitarnya, sehingga inti galaksi kekurangan bintang dan gas. Dengan tidak adanya lagi bahan yang tersedia untuk memperlambat orbit pasangan ini, penggabungan mereka terhenti pada tahap akhir.

“Biasanya galaksi dengan pasangan lubang hitam yang lebih ringan memiliki cukup bintang dan massa untuk menyatukan keduanya dengan cepat,” kata Romani. “Karena pasangan ini sangat berat, maka dibutuhkan banyak bintang dan gas untuk menyelesaikan pekerjaannya. Namun biner tersebut telah menjelajahi galaksi pusat untuk mencari materi semacam itu, membuatnya terhenti dan dapat diakses untuk penelitian kami.”

Apakah pasangan ini akan mengatasi stagnasinya dan pada akhirnya bergabung dalam jangka waktu jutaan tahun, atau terus berada dalam orbital limbo selamanya, masih belum dapat ditentukan. Jika mereka bergabung, hasilnya gelombang gravitasi akan seratus juta kali lebih kuat dibandingkan yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam bermassa bintang. Ada kemungkinan bahwa pasangan tersebut dapat menaklukkan jarak terakhir tersebut melalui penggabungan galaksi lain, yang akan menyuntikkan material tambahan ke sistem, atau kemungkinan lubang hitam ketiga, untuk memperlambat orbit pasangan tersebut agar dapat bergabung. Namun, mengingat status B2 0402+379 sebagai gugus fosil, kemungkinan terjadinya penggabungan galaksi lainnya tidak akan terjadi.

“Kami menantikan penyelidikan lanjutan terhadap inti B2 0402+379 di mana kita akan melihat berapa banyak gas yang ada,” kata Tirth Surti, sarjana Stanford dan penulis utama makalah tersebut. “Ini akan memberi kita lebih banyak wawasan tentang apakah lubang hitam supermasif pada akhirnya dapat bergabung atau tetap terdampar sebagai biner.”

Catatan

1. Meskipun ada bukti lubang hitam supermasif yang berjarak beberapa tahun cahaya satu sama lain, tampaknya tidak ada yang mampu mengatasi jarak terakhir tersebut. Pertanyaan apakah peristiwa seperti itu mungkin terjadi dikenal sebagai final-parsec masalah dan telah menjadi topik diskusi di kalangan astronom selama beberapa dekade.
2. Pengamatan sebelumnya telah dilakukan terhadap galaksi yang berisi dua lubang hitam supermasif, namun dalam kasus ini, jaraknya ribuan tahun cahaya — terlalu jauh untuk berada dalam orbit terikat satu sama lain seperti biner yang ditemukan di B2 0402+379.
3. Sumber-sumber bertenaga lubang hitam lainnya juga ada dengan kemungkinan pemisahan yang lebih kecil, meskipun hal ini telah disimpulkan menggunakan pengamatan tidak langsung dan oleh karena itu paling baik diklasifikasikan sebagai kandidat biner.
4. Teori ini pertama kali dikemukakan pada tahun 1980 oleh Begelman dkk. dan telah lama diperdebatkan terjadi berdasarkan pengamatan selama beberapa dekade terhadap pusat galaksi.

Referensi: “Kinematik Pusat dan Massa Lubang Hitam 4C+37.11” oleh Tirth Surti, Roger W. Romani, Julia Scharwächter, Alison Peck dan Greg B. Taylor, 5 Januari 2024, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad14fa

Tim ini terdiri dari: Tirth Surti (Institut Kavli untuk Astrofisika dan Kosmologi Partikel, Universitas Stanford), Roger W. Romani (Institut Kavli untuk Astrofisika dan Kosmologi Partikel, Universitas Stanford), Julia Scharwächter (Observatorium Gemini/NOIRLab NSF), Alison Peck (Universitas Maryland) dan Greg B. Taylor (Universitas New Mexico, Albuquerque).