Penemuan Lubang Hitam Massa Menengah

Para ilmuwan telah memperoleh penemuan besar dari upaya perburuan lubang hitam yang tidak terlalu kecil atau sangat besar. Penemuan langka lubang hitam massa menengah, dapat membantu para astronom untuk lebih memahami apa yang dianggap sebagai “benih” lubang hitam terbesar di alam semesta awal.

Penemuan dihasilkan dari dua studi terpisah, masing-masing menggunakan arsip data Obeservatorium Sinar-X Chandra NASA dan jajaran teleskop lainnya.

COSMOS Legacy Survey mengungkap eksistensi lubang hitam massa menengah.
Kredit: Sinar-X: NASA/CXC/ICE /M.Mezcua dkk; Inframerah: NASA/JPL-Caltech; Ilustrasi: NASA/CXC/A.Hobart

Lubang hitam yang mengandung massa di antara sekitar seratus hingga beberapa ratus ribu kali massa Matahari disebut "lubang hitam massa menengah atau intermediate mass black holes (IMBH)". Rentang massa ini menempatkannya di antara lubang hitam massa bintang, dan lubang hitam supermasif yang ditemukan di wilayah pusat galaksi raksasa.

Meskipun ada beberapa penelitian yang berpotensi mengarah ke penemuan IMBH dalam beberapa tahun terakhir, para astronom masih mencoba untuk menentukan seberapa umum dan bagaimana sifat mereka yang berujung ke pembentukan lubang hitam supermasif pertama.

Satu tim peneliti memanfaatkan survei Chandra COSMOS-Legacy untuk mempelajari galaksi-galaksi katai, yang massanya hanya kurang dari 1% total massa galaksi seperti Bima Sakti kita. Karakterisasi galaksi ini diaktifkan oleh serangkaian data yang tersedia dari COSMOS (Cosmic Evolution Survey) pada panjang gelombang yang berbeda, termasuk data dari teleskop NASA dan ESA (Badan Antariksa Eropa).

Data Chandra dianggap sangat penting dalam penelitian karena sumber emisi sinar-X yang menyerupai sebuah titik terang di dekat pusat galaksi adalah ciri khas lubang hitam. Sinar-X dihasilkan oleh molekul gas yang dipanaskan hingga jutaan derajat oleh gaya magnetik dan gravitasi ekstrem di dekat lubang hitam.

“Kami mungkin telah mengungkap bahwa galaksi-galaksi katai adalah surga bagi lubang hitam massa menengah yang hilang,” jelas penanggung jawab salah satu studi Mar Mezcua dari Space Science Institute di Spanyol. “Kami tak sekadar menemukan beberapa IMBH, tetapi puluhan dari mereka.”

Tim yang dipimpin oleh Mezcua mengidentifikasi empat puluh lubang hitam yang tumbuh di galaksi katai. Dua belas dari mereka terletak lebih dari lima miliar tahun cahaya dari Bumi, sedangkan yang paling jauh terletak 10,9 miliar tahun cahaya, yaitu lubang hitam terjauh yang pertumbuhannya di sebuah galaksi katai dapat diamati. Bahkan salah satu dari galaksi katai yang dipelajari adalah galaksi terkecil yang menjadi induk lubang hitam yang sedang menjalani pertumbuhan di wilayah pusat.

Sebagian besar sumber sinar-X mungkin adalah IMBH dengan massa sekitar sepuluh ribu hingga seratus ribu kali lipat massa Matahari. Salah satu kesimpulan penting dari penelitian tim Mezua adalah beberapa galaksi yang menjadi induk lubang hitam yang sedang bertumbuh, ternyata ukurannya lebih kecil untuk galaksi kurang masif daripada galaksi lain yang lebih masif

Tim studi kedua dipimpin oleh Igor Chilingarian dari Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian (CfA) di Cambridge, Massachusetts, menemukan sampel penting yang diperkirakan terletak di dalam galaksi yang jaraknya lebih dekat dari Bumi. Kandidat IMBH terjauh terletak sekitar 2,8 miliar tahun cahaya dari Bumi dan sekitar 90% kandidat IMBH lainnya terletak tidak lebih dari 1,3 miliar tahun cahaya.

Dengan data dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Chilingarian bersama para kolega menemukan ciri khas cahaya optik dari lubang hitam yang sedang bertumbuh, kemudian memprediksi massa mereka. Tim memilih 305 galaksi yang mengindikasikan sifat dari lubang hitam dengan massa kurang dari 300.000 kali massa Matahari, bersembunyi di wilayah pusat masing-masing galaksi.

Hanya 18 galaksi dari daftar yang menyediakan observasi sinar-X berkualitas tinggi dan memungkinkan konfirmasi lubang hitam sebagai sumber sinar-X. Deteksi menggunakan Chandra dan XMM-Newton memperoleh sepuluh sumber, menunjukkan sekitar setengah dari 305 kandidat IMBH cenderung dikonfirmasi sebagai IMBH tulen. Massa sepuluh sumber yang terdeteksi dengan pengamatan sinar-X ditentukan antara 40.000-300.000 kali lipat massa Matahari.

“Inilah sampel terbesar lubang hitam massa menengah yang pernah ditemukan,” tutur Chilingarian. “Lubang hitam massa menengah dapat membantu menyelesaikan salah satu misteri terbesar astrofisika.”

IMBH dapat menjelaskan bagaimana lubang hitam supermasif terbentuk begitu cepat setelah Big Bang. Gagasan utama untuk menjelaskan fenomena ini adalah lubang hitam supermasif tumbuh seiring waktu dari benih banyak lubang hitam yang lebih kecil dengan massa sekitar seratus kali lipat massa Matahari. Sebagian di antaranya bergabung untuk membentuk IMBH. Penjelasan lain adalah lubang hitam supermasif terbentuk sangat cepat dari keruntuhan awan gas raksasa dengan massa setara ratusan ribu kali lipat massa Matahari.

Mezcua dan timnya mungkin telah menemukan bukti yang mendukung gagasan keruntuhan awan gas raksasa, karena teori ini memprediksi kecil kemungkinan galaksi-galaksi yang kurang masif dalam sampel mereka menampung IMBH.

“Bukti kami tidak terperinci karena sebagian besar IMBH mungkin ada di galaksi-galaksi katai, tetapi tidak mengkonsumsi cukup materi untuk dapat dideteksi sebagai sumber sinar-X”, jelas rekan penulis makalah ilmiah Francesca Civano dari CfA.

Sedangkan kesimpulan tim Chilingarian cenderung berbeda.

“Eksistensi lubang hitam massa menengah dalam kisaran massa yang kami deteksi, juga mengindikasikan lubang hitam yang lebih kecil dengan massa hanya sekitar seratus kali lipat Matahari,” kata rekan penulis makalah studi Ivan Yu dari Universitas Negeri Katkov Moscow di Rusia. “Lubang hitam yang lebih kecil dapat menjadi benih untuk pembentukan lubang hitam supermasif.”

Kemungkinan lain adalah kedua mekanisme yang disimpulkan benar-benar terjadi. Kedua tim sepakat bahwa kesimpulan yang lebih akurat membutuhkan sampel lubang hitam dalam jumlah yang lebih besar. Makalah ilmiah yang ditulis oleh Mezcua dan para kolega telah dipublikasikan di Monthly Notice of Royal Astronomical Society dan tersedia secara online. Sementara makalah ilmiah yang ditulis oleh Chilingarian dan para kolega baru saja dipublikasikan di The Astrophysical Journal dan tersedia secara online.

Ditulis oleh: Staf www.nasa.gov

Sumber: Finding the Happy Medium of Black Holes

Artikel terkait: Ditemukan: Lubang Hitam Terjauh

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa