MoM-BH*-1: objek awal alam semesta yang mungkin ‘bintang lubang hitam’

MoM-BH*-1 ialah sumber kosmik yang sangat terang dan padat dari alam semesta awal. Ia dikesan oleh Teleskop Angkasa James Webb (JWST) melalui tinjauan Mirage or Miracle, atau MoM, dan cahayanya menunjukkan keadaan objek itu kira-kira 660 juta tahun selepas Letupan Besar. Ahli astronomi tidak menganggapnya sebagai bintang biasa. Tafsiran utama setakat ini ialah sebuah lubang hitam yang sedang menyedut jirim dengan pantas, dikelilingi selubung gas padat yang menjadikan keseluruhan sistem itu kelihatan seperti bintang.

Istilah “bintang lubang hitam” merujuk kepada rupa dan cara objek itu mungkin berfungsi — bukan bukti muktamad bahawa terdapat lubang hitam di dalam sebuah bintang konvensional. Kesimpulan itu dibuat berdasarkan spektrum, kecerahan dan warnanya yang diperhatikan JWST, kemudian dibandingkan dengan model fizikal.

Mengapa ia bukan bintang biasa?

Bintang biasa bersinar kerana pelakuran nuklear berlaku di bahagian dalamnya. Namun, tenaga yang dipancarkan MoM-BH*-1 jauh melampaui apa yang boleh dihasilkan oleh bintang yang dikuasakan pelakuran secara munasabah. Anggarannya kira-kira 100 bilion kali lebih bertenaga daripada mana-mana bintang yang diketahui. Ini lebih selari dengan tenaga graviti yang terhasil apabila jirim jatuh ke arah lubang hitam.

Spektrumnya turut memperlihatkan beberapa ciri yang ganjil, termasuk jurang Balmer yang sangat dalam, pancaran hidrogen yang lebar dan kompleks, serta garis penyerapan Balmer yang kuat. Hampir tiada petunjuk unsur lebih berat daripada hidrogen dan helium dikesan. Gabungan ini menunjukkan persekitaran gas yang amat padat, bergelora dan hampir tidak tercemar oleh unsur berat — berbeza daripada spektrum bintang biasa atau nukleus galaksi aktif yang lazim.

Bagaimanakah model “bintang lubang hitam” berfungsi?

Dalam gambaran yang dicadangkan, lubang hitam kira-kira 100,000 kali ganda jisim Matahari sedang memakan jirim di sekelilingnya dengan pantas. Apabila gas jatuh ke dalam, tenaga graviti dibebaskan dan memanaskan lapisan gas padat yang mengelilingi lubang hitam itu.

Lapisan tersebut kemudian membentuk seakan-akan “fotosfera pseudo” — permukaan bercahaya yang menyerupai permukaan bintang. Akibatnya, seluruh sistem kelihatan seperti objek merah yang padat dan amat terang, walaupun sumber kuasanya bukan pelakuran nuklear, sebaliknya pertambahan jirim ke dalam lubang hitam.

Model yang menggabungkan lubang hitam yang sedang mengumpul jirim dengan selubung hidrogen padat didapati lebih baik menerangkan kecerahan dan warna MoM-BH*-1 berbanding penjelasan berasaskan bintang semata-mata. Gas itu dipercayai terbentang pada skala yang kira-kira sebanding dengan Sistem Suria, walaupun struktur tepatnya bergantung pada model yang digunakan.

Warna merah objek itu juga mungkin disebabkan oleh gas, bukannya debu. Sinaran daripada lubang hitam di bahagian tengah boleh diserap, diserakkan dan dipancarkan semula oleh gas di sekelilingnya. Proses ini mengubah cahaya yang terlepas kepada panjang gelombang yang lebih panjang dan kelihatan lebih merah.

Kaitannya dengan “titik merah kecil” JWST

JWST telah menemui banyak sumber kecil, merah dan bercahaya di alam semesta awal. Objek-objek ini biasanya digelar “titik merah kecil” atau little red dots. Saiznya yang padat dan spektrumnya yang luar biasa menyukarkan ahli astronomi untuk menentukan sifat sebenar mereka.

MoM-BH*-1 amat berguna untuk menguji persoalan itu kerana pancaran yang mungkin dikuasakan lubang hitamnya mengatasi cahaya galaksi perumah. Hal ini menjadikan mekanisme di sebalik cahayanya lebih mudah dikaji.

Jika proses pertambahan jirim yang diselubungi gas turut berlaku dalam sistem yang kurang terpencil, banyak titik merah kecil yang lebih malap mungkin merupakan objek serupa yang tertanam dalam galaksi muda. Dalam senario ini, titik-titik tersebut bukan satu populasi bintang konvensional yang sama, tetapi mungkin lubang hitam yang sedang membesar dengan pantas dan diselubungi kepompong gas padat sehingga kelihatan seperti bintang dalam pemerhatian inframerah.

Kemungkinan ini juga berkait dengan persoalan bagaimana lubang hitam yang sangat besar boleh terbentuk begitu awal dalam sejarah kosmos. Selubung gas yang padat mungkin membolehkan lubang hitam benih mengumpul jirim pada kadar yang sangat tinggi. Namun, MoM-BH*-1 sahaja belum dapat membuktikan keseluruhan sejarah pertumbuhan lubang hitam supermasif yang muncul kemudian.

Mengapa sinar-X mungkin tidak dapat dikesan?

Lubang hitam yang sedang mengumpul jirim tanpa banyak halangan lazimnya dijangka menghasilkan sinaran bertenaga tinggi, termasuk sinar-X yang kuat. Tetapi kepompong gas tebal boleh mengubah apa yang berjaya keluar daripadanya.

Sinar-X yang terhasil berhampiran lubang hitam mungkin diserap atau diserakkan berulang kali dalam selubung itu. Sebahagian tenaganya kemudian boleh diagihkan semula kepada sinaran ber tenaga lebih rendah, termasuk cahaya ultraungu dan inframerah.

Mekanisme ini memberikan penjelasan munasabah mengapa MoM-BH*-1 dan titik merah kecil yang serupa boleh kelihatan terang dalam pemerhatian inframerah JWST tetapi lemah atau tidak dikesan dalam sinar-X. Namun, ia masih merupakan tafsiran yang selari dengan model lubang hitam berselubung gas — bukan pengukuran langsung yang membuktikan setiap foton sinar-X yang hilang telah diproses semula dengan cara itu.

Mengapa klasifikasi ini belum disahkan?

Buat masa ini, dakwaan “bintang lubang hitam” bersandarkan bukti tidak langsung. JWST mengukur cahaya dan spektrum objek tersebut, tetapi belum merakam imej terus sebuah lubang hitam yang berada di dalam selubung gas. Spektrum semasa juga tidak mempunyai satu ciri tunggal yang secara unik menolak semua penjelasan alternatif.

Kemungkinan lain — termasuk gabungan galaksi padat, gas luar biasa, debu, populasi bintang dan aktiviti lubang hitam yang terlindung — masih perlu diuji dengan lebih terperinci. Bukti yang ada menjadikan model bintang lubang hitam calon yang kukuh, tetapi “penjelasan terbaik” tidak sama dengan pengenalpastian yang muktamad.

Pemerhatian susulan oleh JWST boleh mencari ciri spektrum yang diramalkan oleh model, mengehadkan ketumpatan dan komposisi gas, mengukur saiz sumber dengan lebih tepat, mengesan perubahan kecerahan dari semasa ke semasa serta membandingkan MoM-BH*-1 dengan sampel titik merah kecil yang lebih besar.

Ujian-ujian ini akan membantu menentukan sama ada MoM-BH*-1 ialah objek peralihan yang jarang ditemui atau contoh kepada populasi lubang hitam yang lebih luas dan diselubungi gas pada zaman awal kosmos.

Kesimpulannya

MoM-BH*-1 paling tepat difahami sebagai calon “bintang lubang hitam”: lubang hitam kira-kira 100,000 kali jisim Matahari yang sedang memakan jirim dengan pantas, manakala selubung hidrogen padat di sekelilingnya membuatkan sistem itu bersinar seperti bintang merah gergasi. Kecerahannya yang melampau dan ciri spektrum Balmer yang luar biasa menyokong tafsiran tersebut. Selubung yang sama juga mungkin menjelaskan warna merahnya serta isyarat sinar-X yang lemah. Namun, buat masa ini, objek itu masih merupakan kesimpulan berasaskan model — bukan kelas jasad cakerawala baharu yang telah disahkan.