JWST Temui Pasangan Lubang Hitam Terawal & Tiga Lubang Hitam Gergasi Aktif dalam Satu Galaksi

Teleskop Angkasa James Webb (JWST) sekali lagi mencipta sejarah dengan dua penemuan menakjubkan mengenai lubang hitam supermasif di alam semesta awal. Pertama, JWST mengesahkan pasangan lubang hitam aktif yang paling rapat pernah ditemui dalam sistem dikenali sebagai LID-1166. Kedua, dalam kajian berasingan, saintis menemui tiga lubang hitam supermasif aktif dalam satu galaksi — satu kejadian yang tidak pernah dilihat sebelum ini pada jarak yang begitu jauh. Kedua-dua penemuan ini melukiskan gambaran alam semesta muda di mana lubang hitam gergasi membesar dengan pantas melalui penggabungan galaksi yang kaya dengan gas, dan keupayaan inframerah JWST menjadi kunci untuk mendedahkan objek yang sebelum ini tersembunyi.

Pasangan Paling Rapat: LID-1166

Sistem yang dinamakan LID-1166 ini mengandungi dua lubang hitam supermasif yang sedang aktif 'memberi makan' dengan jarak pemisahan kira-kira 4,900 tahun cahaya (1.5 kiloparsec) . Ini adalah sistem lubang hitam aktif berkembar yang paling rapat pernah disahkan di alam semesta awal . Sistem ini wujud ketika alam semesta baru berusia 1.3 bilion tahun — kira-kira 10% daripada usianya sekarang .

Mengapa teleskop terdahulu terlepas pandang: LID-1166 mula dikesan sebagai sumber sinar-X dalam Tinjauan Warisan Chandra COSMOS, tetapi ia tidak dapat dikesan langsung dalam imej terdalam Teleskop Hubble . Lubang hitam ini tersembunyi di dalam gas dan debu tebal yang menyekat cahaya nampak dan cahaya inframerah-dekat .

Instrumen pilihan JWST: Pasukan yang diketuai oleh Hyewon Suh dari NSF NOIRLab menggunakan Spektrograf Inframerah-Dekat (NIRSpec) JWST . NIRSpec mendedahkan dua sumber padat dan bercahaya yang dipisahkan sejauh 4,900 tahun cahaya, masing-masing menunjukkan tanda spektrum gas yang berpusar pada kelajuan tinggi — tanda jelas lubang hitam supermasif yang sedang aktif memberi makan (nukleus galaksi aktif, atau AGN) . Pengarang bersama, Roberto Decarli, berkata: 'Langkah penemuan ini hanya dapat dilakukan berkat keupayaan pengimejan dan spektroskopi JWST yang sangat baik, dan khususnya instrumen NIRSpec. Pemerhatian serupa dari bumi amat sukar kerana atmosfera tidak telus pada panjang gelombang ini.'

Apa yang ALMA tambahkan: Tatasusunan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mengesan kolam besar gas sejuk yang dikaitkan dengan setiap AGN . Decarli menyatakan ini 'menunjukkan kedua-dua AGN terletak di pusat dua galaksi yang hampir bergabung.' Kehadiran persekitaran galaksi bergas sejuk di sekeliling setiap lubang hitam membantu menolak senario pembentukan alternatif yang ganjil dan mengesahkan ia adalah penggabungan galaksi yang kaya dengan gas . Kajian ini telah diterima untuk diterbitkan dalam Nature Astronomy (preprint arXiv:2607.19491) .

Satu Lagi Yang Pertama: Tiga Lubang Hitam Aktif dalam Satu Galaksi

Dalam kajian serentak yang diketuai oleh Hannah Übler dari Institut Max Planck untuk Fizik Ekstraterestrial, pasukannya mengenal pasti tiga lubang hitam supermasif yang aktif menambah jisim dalam satu galaksi bernama J0148-4214 . Galaksi ini lebih daripada 12.5 bilion tahun cahaya dari Bumi (anjakan merah z=5.0167), bersamaan dengan kira-kira 1.2 bilion tahun selepas Letupan Besar .

Konfigurasi trio: Dua daripada lubang hitam itu terletak berhampiran di pusat galaksi, dipisahkan hanya 620 tahun cahaya dalam unjuran, menunjukkan mereka berada di ambang penggabungan. Lubang hitam ketiga terletak lebih jauh di kawasan luar galaksi, kira-kira 5,500 tahun cahaya dari pusat . Julat jisimnya adalah dari beberapa juta hingga kira-kira 80 juta jisim suria .

Kaedah pengesanan: Pasukan menggunakan NIRSpec JWST dalam mod Unit Medan Kamiran (NIRSpec-IFS) — spektroskopi beresolusi ruang — untuk mengesan lubang hitam melalui cap jari spektrumnya. Setiap satu dikenal pasti melalui pancaran H-alpha yang lebar (FWHM 430–2,920 km/s) tanpa pasangan garisan terlarang, satu isyarat jelas gas yang mengorbit lubang hitam besar .

Ini adalah bukti pertama tiga lubang hitam supermasif aktif dalam satu galaksi di alam semesta jauh . Übler berkata: 'Ini menunjukkan bahawa proses di Alam Semesta awal cekap dalam menyatukan lubang hitam besar, menyediakan pentas untuk penggabungan lubang hitam besar yang kami jangka akan dikesan dengan balai cerap gelombang graviti masa depan.' Kajian ini diterbitkan dalam Astronomy & Astrophysics sebagai sebahagian daripada projek BlackTHUNDER .

Maksud Penemuan Ini

Secara keseluruhan, kedua-dua hasil ini memberikan tingkap baharu ke dalam fasa kritikal sejarah kosmik. Ia menunjukkan bahawa lubang hitam supermasif bukan sahaja wujud tetapi sedang aktif bergabung dan membesar dalam persekitaran kaya gas kurang daripada 1.5 bilion tahun selepas Letupan Besar. Keupayaan JWST untuk melihat melalui debu — menggunakan cahaya inframerah yang tidak dapat ditembusi oleh panjang gelombang yang lebih pendek — telah menjadi kunci untuk mendedahkan sistem lubang hitam tersembunyi ini. Seperti yang dinyatakan dalam kajian LID-1166, teleskop terdahulu seperti Hubble buta terhadap objek-objek ini, yang diselubungi oleh gas dan debu yang sama yang menjadi makanan mereka .