JWST Ungkap Pasangan Lubang Hitam Paling Dekat dan Tiga Lubang Hitam Aktif di Alam Semesta Muda

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) baru saja mengumumkan dua penemuan revolusioner tentang lubang hitam supermasif di alam semesta awal. Temuan pertama adalah sepasang lubang hitam raksasa yang sedang 'melahap' materi dengan jarak paling berdekatan yang pernah dikonfirmasi. Temuan kedua, secara terpisah, adalah trio langka lubang hitam aktif yang berada dalam satu galaksi yang sama.

Bersama-sama, kedua penemuan ini melukiskan gambaran alam semesta muda di mana lubang hitam raksasa tumbuh dengan sangat cepat melalui penggabungan galaksi yang kaya gas. Kunci dari semua ini adalah kepekaan inframerah JWST, yang kini mampu mengungkap objek-objek yang sama sekali tak terlihat oleh teleskop-teleskop sebelumnya.

Pasangan Terkonfirmasi Paling Dekat: LID-1166

Sistem yang diberi nama LID-1166 menampung dua lubang hitam supermasif yang aktif 'makan'. Keduanya terpisah sekitar 4.900 tahun cahaya (1,5 kiloparsec) . Ini adalah sistem lubang hitam ganda aktif paling berdekatan yang pernah dikonfirmasi di alam semesta awal . Sistem ini terlihat saat alam semesta baru berusia 1,3 miliar tahun — sekitar 10% dari usianya saat ini .

Mengapa teleskop sebelumnya tidak bisa melihatnya: LID-1166 awalnya terdeteksi sebagai sumber sinar-X dalam Survei Warisan Chandra COSMOS, namun tetap sama sekali tidak terlihat dalam gambar terdalam sekalipun dari Teleskop Hubble . Lubang hitam ini terkubur dalam gas dan debu tebal yang menghalangi cahaya tampak dan inframerah dekat .

Instrumen andalan JWST: Tim yang dipimpin oleh Hyewon Suh dari NSF NOIRLab menggunakan Spektrograf Inframerah Dekat (NIRSpec) milik JWST . NIRSpec mengungkap dua sumber cahaya kompak yang terpisah 4.900 tahun cahaya, masing-masing menunjukkan tanda spektrum gas yang berputar dengan kecepatan tinggi — tanda pasti dari lubang hitam supermasif yang sedang aktif (inti galaksi aktif, atau AGN) . Rekan penulis Roberto Decarli mengatakan: 'Langkah penemuan ini hanya dapat terjadi berkat kemampuan pencitraan dan spektroskopi yang luar biasa dari JWST, dan khususnya instrumen NIRSpec-nya. Pengamatan serupa dari darat akan sangat sulit karena atmosfer bumi tidak transparan pada panjang gelombang ini.'

Apa yang ditambahkan ALMA: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mendeteksi genangan gas dingin besar yang terkait dengan masing-masing AGN . Decarli mencatat bahwa hal ini 'menunjukkan bahwa kedua AGN berada di pusat dua galaksi yang berada di ambang penggabungan.' Keberadaan lingkungan galaksi yang kaya gas dingin di sekitar setiap lubang hitam membantu menyingkirkan skenario formasi alternatif yang eksotis dan mengonfirmasi bahwa ini adalah penggabungan galaksi yang kaya gas . Studi ini telah diterima untuk dipublikasikan di Nature Astronomy (pratinjau arXiv:2607.19491) .

Pertama Kalinya: Tiga Lubang Hitam Aktif dalam Satu Galaksi

Studi simultan yang dipimpin oleh Hannah Übler di Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics mengidentifikasi tiga lubang hitam supermasif yang aktif mengakresi materi di dalam satu galaksi bernama J0148-4214 . Galaksi ini berjarak lebih dari 12,5 miliar tahun cahaya dari Bumi (pergeseran merah z=5.0167), yang berarti terlihat sekitar 1,2 miliar tahun setelah Dentuman Besar .

Konfigurasi trio: Dua lubang hitam terletak berdekatan di pusat galaksi, hanya terpisah 620 tahun cahaya dalam proyeksi, yang mengindikasikan mereka berada di ambang penggabungan. Lubang hitam ketiga berada lebih jauh di wilayah luar galaksi, sekitar 5.500 tahun cahaya dari pusat . Massa mereka berkisar dari beberapa juta hingga sekitar 80 juta massa matahari .

Metode deteksi: Tim menggunakan NIRSpec JWST dalam mode Integral Field Unit (NIRSpec-IFS) — spektroskopi resolusi spasial — untuk mendeteksi lubang hitam melalui sidik jari spektrum mereka. Masing-masing diidentifikasi melalui emisi H-alpha yang lebar (FWHM 430–2.920 km/s) tanpa pasangan garis terlarang, sebuah tanda jelas dari gas yang mengorbit lubang hitam masif .

Ini adalah bukti pertama dari tiga lubang hitam supermasif aktif dalam satu galaksi di alam semesta awal . Übler mengatakan: 'Ini menunjukkan bahwa proses di alam semesta awal sangat efisien dalam mempertemukan lubang hitam masif, mempersiapkan panggung bagi penggabungan lubang hitam masif yang kami perkirakan akan terdeteksi oleh observatorium gelombang gravitasi di masa depan.' Studi ini diterbitkan di Astronomy & Astrophysics sebagai bagian dari proyek BlackTHUNDER .

Apa Arti Penemuan Ini

Bersama-sama, kedua hasil ini memberikan jendela baru ke fase kritis sejarah kosmik. Mereka menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif tidak hanya ada, tetapi juga aktif bergabung dan tumbuh di lingkungan kaya gas kurang dari 1,5 miliar tahun setelah Dentuman Besar. Kemampuan JWST untuk melihat menembus debu — menggunakan cahaya inframerah yang tidak dapat ditembus oleh panjang gelombang yang lebih pendek — telah menjadi kunci untuk mengungkap sistem lubang hitam tersembunyi ini. Seperti yang dicatat oleh studi LID-1166, teleskop sebelumnya seperti Hubble buta terhadap objek-objek ini, yang diselimuti oleh gas dan debu yang sama yang menjadi makanan mereka .