Teleskop James Webb Temui Objek Kosmik Baharu: 'Bintang Lubang Hitam'

Yang penting, tenaga objek ini tidak datang daripada pelakuran nuklear (nuclear fusion), proses yang menjana kuasa bintang biasa. Sebaliknya, lubang hitam di pusatnya secara aktif menyerap (accrete) jirim. Apabila gas jatuh ke dalam lubang hitam, ia menjadi panas, dan haba yang sangat tinggi itu terpancar keluar melalui kokon hidrogen, menyebabkan keseluruhan struktur bersinar . Hasilnya ialah objek yang menghasilkan kira-kira 100 bilion kali ganda lebih tenaga daripada bintang biasa — jauh melebihi had pelakuran .

Ciri-ciri Utama MoM-BH*-1

Ahli astronomi telah mengukur dengan tepat beberapa ciri penentu objek baharu ini:

• Saiz: Sampul gas hidrogennya mencecah garispusat kira-kira Sistem Suria kita .
• Jisim: Lubang hitam pusat mempunyai jisim sekitar 100,000 jisim suria, dan jumlah jisim keseluruhan objek adalah sekitar 10⁶·³ jisim suria .
• Kecerahan: Ia membebaskan kira-kira 100 bilion kali ganda lebih tenaga daripada bintang normal .
• Komposisi: Gas di sekelilingnya hampir keseluruhannya adalah hidrogen dan helium tulen, hampir tiada 'logam' (unsur lebih berat daripada hidrogen dan helium) yang boleh dikesan . Spektrumnya menunjukkan 'Balmer break' yang sangat dalam, satu ciri yang tidak konsisten dengan atmosfera bintang biasa .
• Sumber Tenaga: Kecerahannya yang luar biasa didorong oleh lubang hitam pusat yang menyerap jirim secara aktif, bukan oleh pelakuran nuklear .
• Jarak dan Usia: MoM-BH*-1 dilihat ketika ia wujud hanya 660 juta tahun selepas Letupan Besar (Big Bang), pada peralihan merah (redshift) kira-kira 7.76. Ini meletakkannya kira-kira 13.1 bilion tahun cahaya dari kita .

Objek ini ditemui dalam tinjauan 'Mirage or Miracle' (MoM) JWST, yang pada asalnya direka untuk memburu galaksi terawal di alam semesta . Pasukan yang diketuai oleh ahli astronomi MIT, Rohan Naidu, terserempak dengan objek ini ketika menyemak imej medan dalam JWST .

Menyelesaikan Misteri 'Bintik Merah Kecil'

Sejak JWST memulakan operasi saintifiknya, ia berulang kali menjumpai objek aneh, samar-samar, padat, dan sangat merah yang bertaburan dalam imej alam semesta awal. Ahli astronomi menggelarnya 'bintik merah kecil' (little red dots), dan sifat sebenar mereka telah menjadi topik perdebatan hangat .

Penemuan MoM-BH*-1 memberikan petunjuk baharu yang kuat. Objek ini adalah apa yang dipanggil penyelidik sebagai 'bintang lubang hitam telanjang' (naked black hole star). Cahayanya hampir keseluruhannya datang daripada sampul gas yang dikuasakan lubang hitam, dengan hampir tiada pencemaran daripada galaksi perumah di bawahnya .

Yang penting, MoM-BH*-1 terletak berhampiran dengan galaksi pendamping. Simulasi komputer menunjukkan bahawa selepas bintang lubang hitam bergabung dengan galaksi itu — satu peristiwa yang dijangka berlaku kira-kira 100 juta tahun selepas zaman yang diperhatikan — spektrumnya akan hampir sepadan dengan spektrum 'bintik merah kecil' yang dilihat terbenam di dalam galaksi lain .

Ini menunjukkan dengan kuat bahawa kebanyakan 'bintik merah kecil' adalah bintang lubang hitam yang sedang dalam proses bergabung dengan galaksi perumahnya . Ia pada dasarnya adalah enjin pusat bayi quasar (baby quasars), tersembunyi di dalam perut galaksi perumah mereka ketika ia menjalani penggabungan kosmik.

Model ini juga menjelaskan dengan kemas mengapa 'bintik merah kecil' kelihatan begitu padat dan begitu merah. Kokon hidrogen tebal yang menyelubungi lubang hitam berkesan menyekat cahaya panjang gelombang pendek (biru) sambil membenarkan cahaya panjang gelombang lebih panjang (merah) melaluinya, menghasilkan warna merah yang menjadi ciri tanpa memerlukan jumlah habuk antara bintang yang banyak, yang merupakan hipotesis utama lain .

Apa Maknanya untuk Memahami Alam Semesta Awal

Penemuan MoM-BH*-1 bukan sahaja menyelesaikan satu misteri. Ia menyediakan mekanisme yang munasabah untuk bagaimana lubang hitam supermasif boleh membesar ke saiz yang luar biasa dalam masa yang agak singkat di alam semesta awal . Dengan menyerap jirim pada kadar yang sangat pantas dalam kokon gas tumpatnya, bintang lubang hitam mewakili fasa pertumbuhan pesat untuk lubang hitam, satu langkah ke arah gergasi berjisim berbilion suria yang dilihat pada zaman kosmik yang lebih awal.

Objek yang diterangkan dalam kajian yang ditulis bersama oleh penyelidik dari Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) dan kolaborator antarabangsa lain ini, kini menjadi subjek kajian susulan yang giat . Buat masa ini, MoM-BH*-1 adalah penemuan 'satu dalam sebilion' — satu pandangan jarang mengenai peringkat evolusi kosmik yang sebelum ini tidak kelihatan, dan hubungan langsung antara hibrid teori bintang-lubang hitam dan bintik merah berterusan yang menghiasi imej-imej JWST yang paling terkenal.