Teleskop James Webb Berhasil Menimbang Lubang Hitam Raksasa yang Tertidur di Ujung Alam Semesta

Solusinya adalah pelensaan gravitasi. Sebuah gugus galaksi latar depan yang sangat masif terletak hampir tepat di antara Bumi dan MRG-M0138. Gravitasi dahsyat gugus ini melengkungkan ruang-waktu itu sendiri, membelokkan cahaya galaksi latar belakang saat melaju ke arah kita, dan bertindak sebagai teleskop kosmik alami. Keselarasan ini memperbesar citra MRG-M0138 sekitar 30 kali lipat, mengubah titik yang tidak bisa diuraikan menjadi struktur yang intinya dapat dipelajari .

Dinamika Bintang: Menimbang yang Tak Terlihat

Dengan tampilan yang sudah diperbesar oleh lensa, tim peneliti menggunakan Spektograf Medan Integral NIRSpec milik JWST. Instrumen canggih ini menangkap spektrum untuk setiap piksel dalam gambar, memungkinkan para ilmuwan memetakan kecepatan bintang-bintang pada berbagai jarak dari pusat galaksi. Teknik ini dikenal sebagai dinamika bintang—metode yang sama yang digunakan untuk menimbang lubang hitam di pusat Bima Sakti, sebuah pencapaian yang memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2020 .

Bintang yang lebih dekat ke lubang hitam supermasif akan mengorbit lebih cepat. Dengan memodelkan bagaimana kecepatan bintang berubah seiring radius menggunakan gerakan Keplerian sederhana, tim dapat mengidentifikasi "bola pengaruh" (sphere of influence) lubang hitam—wilayah di mana gravitasinya mendominasi pergerakan bintang. Ini memungkinkan pengukuran massa secara langsung. Sebelum studi ini, pengukuran dinamika bintang langsung terjauh hanya berjarak sekitar 700 juta tahun cahaya. MRG-M0138 memecahkan rekor itu lebih dari sepuluh kali lipat .

Temuan Mereka: Raksasa Pemadam Galaksi

Pengukuran mengonfirmasi sebuah lubang hitam dengan massa sekitar 6 miliar kali massa Matahari . Galaksi induknya, MRG-M0138, adalah galaksi elips merah masif yang telah lama berhenti membentuk bintang-bintang baru. Lubang hitam di pusatnya tidak aktif, artinya saat ini tidak menarik dan memanaskan gas dalam jumlah besar .

Temuan ini mengisyaratkan sejarah yang penuh kekerasan. MRG-M0138 kemungkinan dulunya adalah quasar yang sangat terang, bertenaga dari gas yang berputar masuk ke lubang hitam yang sedang tumbuh. Energi luar biasa yang dipancarkan selama fase aktif ini mungkin telah memanaskan atau bahkan mengusir gas yang dibutuhkan untuk pembentukan bintang, sehingga secara efektif menghentikan pabrik bintang di galaksi tersebut. Kondisi galaksi yang 'mati' dan sunyi serta kondisi lubang hitam yang 'tidur' saat ini, oleh karena itu, kemungkinan saling terkait: lubang hitam itu tumbuh begitu besar dan kuat hingga ia mematikan galaksi induknya sendiri .

Menantang Model Ko-Evolusi

Penemuan ini menyentuh inti dari pemikiran kita tentang bagaimana galaksi dan lubang hitam tumbuh bersama. Di alam semesta lokal, terdapat korelasi erat antara massa lubang hitam pusat dan sifat-sifat tonjolan pusat galaksi induknya, menunjukkan bahwa mereka berevolusi bersama secara serasi. Pengukuran ini memberikan bukti langsung bahwa hubungan ini tidak selalu ada, dan bahwa lubang hitam dapat terbentuk dan tumbuh hingga ukuran yang sangat besar sebelum galaksi induknya selesai merakit bintang-bintangnya.

Data menunjukkan bahwa beberapa wilayah terpadat di alam semesta awal adalah lokasi pertumbuhan lubang hitam yang sangat cepat, melampaui pertumbuhan galaksi di sekitarnya . Pengukuran pada MRG-M0138 menantang model ko-evolusi sederhana, di mana pertumbuhan lubang hitam dan galaksi selalu terikat erat. Survei masa depan dengan JWST, Euclid, Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman, dan observatorium berbasis darat generasi berikutnya seperti Giant Magellan Telescope bertujuan untuk menerapkan teknik lensa-plus-dinamika-bintang ini ke lebih banyak galaksi, membangun gambaran statistik tentang ko-evolusi lubang hitam dan galaksi sepanjang waktu kosmik .