Tiga Lubang Hitam Supermasif Ditemukan dalam Satu Galaksi Awal, Ini Pertama Kalinya

Tim peneliti menggunakan peta saluran (channel maps) dari profil Hα pusat yang asimetris untuk mengisolasi dua wilayah garis lebar (Broad Line Regions/BLRs) yang berbeda secara spasial di pusat galaksi, yang terpisah sejauh 190±40 parsec (sekitar 620 tahun cahaya). BLR ketiga ditemukan di pinggiran galaksi dengan jarak proyeksi 1,7 kiloparsec (sekitar 5.500 tahun cahaya) .

Tiga Lubang Hitam: Massa dan Lokasi

Dengan menggunakan hubungan virial satu epoch (single-epoch virial relations), para astronom memperkirakan massa dari ketiga lubang hitam tersebut:

• Lubang hitam pusat utama: log(M☉) = 7,9 ± 0,4, atau sekitar 80 juta massa Matahari
• Lubang hitam pusat sekunder: log(M☉) = 5,8 ± 0,5, atau sekitar 600.000 massa Matahari
• Lubang hitam terluar: log(M☉) = 6,3 ± 0,4, atau sekitar 2 juta massa Matahari

Para penulis studi menekankan bahwa perkiraan massa ini memiliki ketidakpastian yang cukup besar—hasil inti dari penemuan ini adalah adanya tiga lubang hitam masif yang aktif, bukan nilai massa yang presisi .

Dua dari lubang hitam ini terletak berdekatan di pusat galaksi, dengan jarak proyeksi hanya 620 tahun cahaya. Lubang hitam ketiga berada di wilayah luar galaksi, sekitar 5.500 tahun cahaya dari pusat .

Pertumbuhan di Alam Semesta Awal dan Jalur Menuju Penggabungan

J0148-4214 menawarkan jendela unik untuk memahami bagaimana lubang hitam supermasif bisa tumbuh begitu cepat di alam semesta awal. Sistem ini mengindikasikan bahwa penggabungan dan interaksi galaksi sangat efisien dalam mempertemukan lubang hitam masif, menyediakan jalur cepat bagi pertumbuhan mereka yang pesat . Ini adalah bukti pertama bahwa sistem tiga lubang hitam sudah ada dalam waktu 1,2 miliar tahun pertama sejarah kosmos.

Dua lubang hitam pusat yang hanya berjarak 620 tahun cahaya diperkirakan pada akhirnya akan bergabung. Pasangan yang rapat ini menjadi cikal bakal bagi penggabungan lubang hitam masif yang akan dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi masa depan, seperti Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Penemuan ini menunjukkan bahwa pasangan lubang hitam yang begitu rapat sudah ada jauh lebih awal dari yang diketahui sebelumnya .

"Ini adalah bukti pertama dari tiga lubang hitam aktif dalam satu galaksi di alam semesta yang jauh," kata Hannah Übler, pemimpin kelompok peneliti di Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics dan penulis utama studi tersebut .

Apa Artinya Bagi Astronomi Gelombang Gravitasi

Dua lubang hitam pusat di J0148-4214 terpisah hanya beberapa ratus parsec, yang berarti keduanya terikat secara gravitasi dan berada di jalur tabrakan. Saat keduanya akhirnya bergabung, peristiwa itu akan menghasilkan gelombang gravitasi yang dapat dideteksi oleh observatorium berbasis luar angkasa seperti LISA, yang dirancang untuk mengamati penggabungan lubang hitam masif. Penemuan ini membuktikan bahwa pasangan lubang hitam rapat seperti itu sudah ada jauh lebih awal dalam sejarah kosmos, memberikan target yang jelas bagi para astronom gelombang gravitasi dan mengonfirmasi bahwa alam semesta awal adalah lingkungan yang sibuk dengan peristiwa penggabungan lubang hitam .

Mengapa Penemuan Ini Penting

• Yang pertama dari jenisnya: Belum pernah ada galaksi di alam semesta awal yang dikonfirmasi memiliki tiga lubang hitam supermasif yang aktif 'makan' secara bersamaan.
• Pertumbuhan cepat: Sistem ini mengindikasikan bahwa penggabungan dan interaksi galaksi efektif dalam mempertemukan lubang hitam, menjelaskan bagaimana mereka bisa tumbuh begitu cepat setelah Big Bang.
• Cikal bakal gelombang gravitasi: Pasangan pusat yang rapat kemungkinan besar akan menjadi peristiwa penggabungan lubang hitam di masa depan, menyediakan laboratorium alami untuk mempelajari peristiwa yang akan dideteksi oleh LISA.
• Kemampuan unik JWST: Deteksi ini hanya mungkin dilakukan berkat spektroskopi spasial resolusi tinggi JWST, yang mampu memisahkan beberapa inti aktif galaksi (active galactic nuclei) yang redup dan jauh .

Temuan ini telah dipublikasikan dalam bentuk pracetak (preprint) di arXiv.org dengan judul studi "BlackTHUNDER: evidence for three massive black holes in a z~5 galaxy" .

Apa yang Akan Dilakukan Selanjutnya?

Para astronom berencana untuk melakukan pengamatan lanjutan dengan JWST guna mempelajari dinamika sistem ini secara lebih detail dan mencari galaksi tiga lubang hitam serupa di wilayah lain di alam semesta awal. Penemuan ini membuka babak baru dalam memahami bagaimana objek-objek paling masif di alam semesta terbentuk—dan bagaimana mereka terus membentuk kosmos melalui penggabungan.