Empat Pasangan “Titik Merah Kecil” Mengungkap Petunjuk Pertumbuhan Lubang Hitam Purba

Yang ditemukan dari citra JWST

Astronom menemukan empat kandidat pasangan “Little Red Dots” (LRD)—sumber cahaya kompak dan sangat merah yang terlihat oleh James Webb Space Telescope (JWST). Objek-objek ini diperkirakan menandai fase awal pertumbuhan lubang hitam yang berlangsung sangat cepat, meski sifat fisik LRD masih menjadi bahan perdebatan. 81

Kuncinya adalah teknik baru yang menganalisis warna inframerah piksel demi piksel, bukan hanya menilai warna dan bentuk keseluruhan suatu objek. Cara ini membantu memisahkan inti merah yang letaknya berdekatan—termasuk pasangan yang sebelumnya berisiko tampak sebagai satu sumber cahaya dalam analisis standar. 8

Keempat kandidat tersebut berjarak hanya sekitar 0,2–1,2 detik busur satu sama lain dalam citra COSMOS-Web. Pada skala kosmik, jarak ini menunjukkan konfigurasi yang sangat rapat. 8

Mengapa pasangan ini kemungkinan benar-benar berdekatan?

Bukti terkuat datang dari pengamatan spektroskopi. Untuk dua pasangan, spektrum tanpa celah dari JWST/COSMOS-3D memperlihatkan garis emisi pada panjang gelombang teramati yang sama pada kedua anggota pasangan.

Jika garis yang lebar dan memiliki ekuivalen tinggi tersebut ditafsirkan sebagai garis H-alpha, kedua pasangan berada pada pergeseran merah masing-masing 5,822 dan 5,464. Kecocokan ini mendukung kesimpulan bahwa anggota dalam setiap pasangan saling berdekatan secara fisik, bukan dua objek yang kebetulan bertumpuk pada satu garis pandang. 8

Data tersebut menghasilkan jarak proyeksi sekitar 1,64 kiloparsec dan 7,36 kiloparsec, atau kira-kira 5.300 dan 24.000 tahun cahaya. Cahaya dari keempat sistem itu berasal dari masa sekitar 12,5–12,8 miliar tahun lalu, ketika alam semesta masih sangat muda. 8

Analisis katalog simulasi juga menunjukkan bahwa kemunculan pasangan-pasangan sedekat itu sulit dijelaskan hanya sebagai proyeksi kebetulan. Pengelompokan LRD pada skala kecil diperkirakan sekitar 20–30 kali lebih kuat daripada hasil ekstrapolasi sinyal korelasi inti galaksi aktif (AGN) pada skala besar yang diamati JWST. 8

Petunjuk tentang pertumbuhan lubang hitam supermasif

Jika kedua LRD dalam satu pasangan memang menjadi tempat tumbuhnya lubang hitam, interaksi atau penggabungan galaksi dapat membantu mengarahkan gas ke pusat sistem. Gas tersebut kemudian dapat menjadi bahan bakar bagi pertumbuhan lubang hitam yang lebih cepat.

Serangkaian penggabungan, ditambah akresi gas, mungkin menjadi salah satu jalur terbentuknya lubang hitam yang sangat masif dalam waktu relatif singkat setelah Big Bang. Hal ini penting karena LRD telah lama dipandang sebagai kandidat fase pertumbuhan awal lubang hitam supermasif, sementara penyebab laju pertumbuhan tampaknya yang sangat cepat masih belum sepenuhnya dipahami. 81

Namun, temuan ini belum membuktikan bahwa keempat sistem tersebut sudah menjadi lubang hitam biner yang berada di tahap akhir sebelum bergabung. Lebih tepatnya, mereka merupakan kandidat pasangan lubang hitam atau inti galaksi aktif yang mungkin menjadi pendahulu penggabungan galaksi dan lubang hitam. Identitas objek-objeknya serta waktu penggabungan yang mungkin terjadi masih memerlukan pengamatan lanjutan. 81

Penggabungan bukan satu-satunya kemungkinan

Salah satu penjelasan alternatif adalah bahwa pertumbuhan cepat LRD terutama didorong oleh akresi gas yang terus berlangsung dengan laju sangat tinggi, bukan oleh penggabungan sebagai mekanisme utama.

Sejumlah model dan hasil spektroskopi mengusulkan bahwa LRD merupakan AGN yang tertanam dalam selubung gas padat dan tebal secara optik. Lingkungan seperti ini dapat memasok bahan bakar bagi lubang hitam sekaligus mengubah warna merah yang terlihat dari jauh. 32

Kedua skenario tersebut tidak harus saling meniadakan. Gas padat dapat mendukung akresi tinggi sebelum, selama, maupun setelah penggabungan. Bukti yang tersedia saat ini belum dapat menentukan seberapa besar kontribusi masing-masing jalur terhadap pertumbuhan lubang hitam di alam semesta awal. 83

Apa yang dapat dijawab oleh pengamatan berikutnya?

Jika teknik pemilihan berbasis piksel ini diterapkan pada survei JWST yang lebih luas dan lebih dalam, astronom dapat mengukur dengan lebih akurat seberapa sering LRD memiliki pasangan dekat. Mereka juga dapat mempelajari perubahan frekuensi pasangan tersebut berdasarkan pergeseran merah dan luminositas.

Data itu akan membantu menghitung laju penggabungan serta memperkirakan massa lubang hitam biner pada masa awal alam semesta. Pada akhirnya, hasilnya dapat membantu menentukan target dan memperbaiki perkiraan jumlah sinyal gelombang gravitasi yang mungkin dideteksi observatorium antariksa masa depan seperti LISA, serta detektor gelombang gravitasi yang dirancang untuk rentang desihertz. 5

Untuk saat ini, penelitian tersebut merupakan bukti kuat adanya kelebihan pasangan LRD yang berdekatan—bukan deteksi langsung lubang hitam yang sedang bergabung ataupun gelombang gravitasi dari proses tersebut. 8