Tiga Petunjuk JWST soal Pertumbuhan Cepat Lubang Hitam Awal

JWST menemukan sumber-sumber kecil dan merah di alam semesta awal yang dikenal sebagai little red dots (LRD). Sebagian di antaranya mungkin berkaitan dengan lubang hitam masif yang sedang menelan materi dengan sangat cepat. Jumlahnya yang tampak melimpah, serta laju pertumbuhan yang tersirat, sulit dijelaskan bila setiap lubang hitam semata-mata bermula dari sisa bintang biasa lalu tumbuh secara stabil.

Tiga jalur penelitian menawarkan gambaran yang lebih lentur. Lubang hitam awal mungkin memulai hidupnya dengan benih lebih besar, memperoleh massa dari interaksi dan penggabungan, serta kadang tersembunyi di balik gas padat sehingga tidak tampak seperti kuasar konvensional. Ketiganya adalah hipotesis yang saling melengkapi, bukan satu jawaban tunggal yang sudah pasti.

1. Halo materi gelap yang terbentuk sangat dini dapat menghasilkan benih lebih berat

Gagasan lubang hitam “tidak sepenuhnya primordial” berada di antara dua skenario yang lebih dikenal. Model ini tidak membutuhkan fluktuasi kerapatan yang cukup ekstrem untuk langsung membentuk lubang hitam primordial segera setelah inflasi. Sebaliknya, fluktuasi yang lebih moderat dapat membuat halo materi gelap runtuh pada masa yang luar biasa awal. 33

Untuk halo yang terbentuk sebelum kira-kira pergeseran merah 200, radiasi latar gelombang mikro kosmik (CMB) diperkirakan menghambat pembentukan hidrogen molekuler. Tanpa jalur pendinginan ini, gas yang jatuh ke dalam halo mungkin tidak terpecah menjadi bintang seperti biasanya, melainkan mengalami kolaps langsung menjadi lubang hitam. 33

Keunggulan skenario ini cukup jelas: bila sebagian lubang hitam terbentuk sebelum pembentukan bintang normal di halo inangnya, mereka dapat muncul lebih awal dan berpotensi berawal dengan massa lebih besar daripada benih dari sisa bintang. Dengan begitu, kebutuhan akan pertumbuhan ekstrem pada tahap berikutnya berkurang, meski tidak lenyap sepenuhnya.

Namun, ini masih merupakan mekanisme teoretis. Relevansinya terhadap populasi LRD yang dilihat JWST bergantung pada seberapa sering kondisi awal yang langka tersebut terjadi dan apakah keturunan yang diprediksi cocok dengan pengamatan.

2. Pasangan LRD yang berdekatan dapat membuka jalur merger

Studi analisis citra JWST lain menemukan empat pasangan kandidat LRD yang letaknya sangat berdekatan, pada masa sekitar 12,5 hingga 12,8 miliar tahun lalu. Data spektroskopi untuk dua pasangan menunjukkan anggota dalam masing-masing pasangan memiliki pergeseran merah yang nyaris sama. Ini mendukung kesimpulan bahwa mereka memang dekat secara fisik, bukan sekadar tampak sejajar dari arah pandang kita. 15

Jika LRD menandai lubang hitam yang sedang aktif tumbuh, pertemuan dekat antargalaksi dapat berperan melalui dua cara:

• Aliran masuk gas: interaksi gravitasi dapat mengarahkan gas menuju pusat galaksi, sehingga menyediakan bahan bakar bagi akresi ke lubang hitam.
• Penyatuan pada akhirnya: saat galaksi inang bergabung, lubang hitam di pusatnya dapat membentuk pasangan biner dan pada akhirnya menyatu, yang langsung menambah massa.

Interpretasi ini menjanjikan, tetapi belum merupakan pengamatan langsung atas merger lubang hitam. Objek yang terlihat masih berupa pasangan kandidat LRD. Untuk memastikan apakah keduanya benar-benar menyimpan lubang hitam masif yang sedang berakresi—dan apakah mereka kelak akan bergabung—dibutuhkan spektroskopi tambahan, batasan dinamika, serta pada akhirnya bukti gelombang gravitasi. Untuk saat ini, hasil tersebut paling tepat dipandang sebagai petunjuk bahwa lingkungan yang rapat mungkin penting bagi pertumbuhan lubang hitam pada era awal ini. 15

3. “Bintang lubang hitam” dapat menyamarkan pertumbuhan cepat di dalam gas

MoM-BH*-1 menawarkan petunjuk dari arah berbeda: bukan terutama tentang bagaimana lubang hitam bermula atau bertemu pasangan, melainkan bagaimana ia dapat tumbuh cepat sambil tampak tidak seperti inti galaksi aktif biasa.

Interpretasi yang diajukan adalah sebuah lubang hitam yang berakresi di dalam selubung hidrogen sangat rapat. MoM-BH*-1 diamati pada pergeseran merah 7,7569, ketika usia alam semesta sekitar 660 juta tahun. Selubung yang dimodelkan membentang kira-kira 10 hingga 100 satuan astronomi—skala yang sebanding dengan Tata Surya. 2326

Dalam gambaran ini, energi dari materi yang jatuh menuju lubang hitam diserap, dihamburkan, lalu dipancarkan kembali oleh gas di sekelilingnya. Akibatnya, spektrumnya dapat menyerupai bintang, walaupun sumber energi dasarnya adalah akresi. Model tersebut mengaitkan objek ini dengan lubang hitam pusat bermassa sekitar 100.000 kali massa Matahari dan luminositas sekitar 80 hingga 100 miliar kali luminositas Matahari. 2426

Hal ini penting bagi LRD karena gas padat dapat sekaligus memberi makan lubang hitam dan mengubah cahaya yang diamati astronom. Populasi akretor yang terselubung gas, karena itu, mungkin terlihat kecil dan merah sambil mengalami pertumbuhan intens. Namun, MoM-BH*-1 adalah objek yang sangat tidak biasa dan penafsirannya masih berbasis pemodelan; objek ini tidak membuktikan bahwa seluruh LRD merupakan bintang lubang hitam.

Penjelasan bertahap, bukan satu solusi ajaib

Jika digabungkan, ketiga gagasan ini membentuk urutan pertumbuhan yang masuk akal:

1. Mulai lebih dini dan lebih berat: kolaps langsung di halo yang terbentuk sangat awal dapat menciptakan benih sebelum bintang biasa terbentuk.
2. Tumbuh dengan pasokan gas efisien: selubung gas padat dapat menyembunyikan akresi cepat yang sangat terang.
3. Bertambah lewat perakitan: interaksi galaksi dan merger lubang hitam dapat menambah massa sekaligus memicu pasokan gas baru.

Ketidakpastian utamanya adalah seberapa luas semua proses ini berlaku di seluruh populasi. LRD belum tentu merupakan satu kelas objek yang seragam, sementara bukti yang tersedia mencakup teori, pasangan kandidat, hingga interpretasi atas satu sumber yang istimewa. Meski demikian, gambaran gabungannya menggeser pertanyaan dari satu jalur pertumbuhan yang nyaris mustahil: lubang hitam masif pertama mungkin memiliki beberapa cara untuk terbentuk, makan, dan bergabung di alam semesta muda.