Tiga Lubang Hitam Supermasif Ditemukan dalam Satu Galaksi di Alam Semesta Awal

Peta galaksi jauh J0148-4214 dalam hidrogen terionisasi (Hα). Lokasi tiga lubang hitam masif ditunjukkan oleh lingkaran hitam (tidak sesuai skala). Lubang hitam paling masif dan paling kecil terletak di pusat galaksi; lubang hitam ketiga terletak di pinggiran galaksi.

Para astronom baru saja mencatatkan sejarah baru dalam eksplorasi ruang angkasa. Untuk pertama kalinya, sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) menemukan sebuah galaksi yang menampung tiga lubang hitam supermasif sekaligus. Temuan ini menjadi sangat luar biasa karena galaksi tersebut berasal dari masa purba alam semesta.

Galaksi yang diberi nama J0148-4214 ini terletak sekitar 12,5 miliar tahun cahaya dari Bumi. Melalui pengamatan ini, para ilmuwan sebenarnya sedang melihat kondisi galaksi tersebut sebagaimana adanya hanya 1,2 miliar tahun setelah peristiwa Dentuman Besar (Big Bang). Penemuan ini mengejutkan komunitas ilmiah karena menunjukkan bahwa sistem kosmik yang sangat kompleks ternyata sudah bisa terbentuk jauh lebih awal dari yang diperkirakan sebelumnya.

Interaksi Gravitasi di Ambang Tabrakan

Penelitian yang dipimpin oleh Hannah Übler ini mengungkapkan bahwa ketiga lubang hitam tersebut tidak hanya sekadar berada di sana, tetapi sedang aktif "memakan" materi di sekitarnya. Analisis data menunjukkan bahwa dua dari lubang hitam tersebut berada sangat dekat di pusat galaksi, hanya terpisah jarak sekitar 620 tahun cahaya. Jarak ini dianggap sangat kecil dalam skala kosmik, yang menunjukkan bahwa keduanya sedang dalam proses interaksi gravitasi yang kuat dan kemungkinan besar akan bergabung menjadi satu lubang hitam raksasa di masa depan.

Sementara itu, lubang hitam ketiga ditemukan berada lebih jauh di pinggiran galaksi, dengan jarak sekitar 5.500 tahun cahaya dari pusatnya. Kehadiran objek ketiga ini diduga merupakan sisa dari penggabungan galaksi sebelumnya atau sedang dalam proses bermigrasi menuju pusat.

Data Teknis dan Massa Lubang Hitam

Berkat ketajaman Teleskop Antariksa James Webb (JWST), para peneliti berhasil memperkirakan massa dari ketiga objek raksasa tersebut:

• Lubang hitam pertama memiliki massa sekitar 80 juta kali massa Matahari.
• Lubang hitam kedua memiliki massa sekitar 0,6 juta kali massa Matahari.
• Lubang hitam ketiga memiliki massa sekitar 2 juta kali massa Matahari.

Menariknya, lubang hitam yang lebih kecil ditemukan sedang menyerap materi dengan kecepatan yang sangat tinggi, bahkan melampaui batas teoretis pertumbuhan lubang hitam yang dikenal sebagai batas Eddington.

Teleskop Antariksa James Webb (JWST) mendeteksi tiga lubang hitam supermasif tersebut melalui teknik spektroskopi yang diselesaikan secara spasial (spatially resolved spectroscopy) menggunakan instrumen NIRSpec-IFS (Near-Infrared Spectrograph - Integral Field Spectroscopy). Berikut adalah penjelasan detail mengenai proses pendeteksiannya:

• Identifikasi "Sidik Jari" Spektru: Para peneliti mengidentifikasi keberadaan lubang hitam melalui tanda tangan spektral dari atom hidrogen yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi di dalam potensi gravitasi lubang hitam tersebut.
• Teknik Spectro-astrometry: Spectro-astrometry adalah teknik pengamatan yang digunakan untuk mengukur pergeseran spasial dalam emisi garis secara sangat presisi di seluruh galaksi. Karena dua lubang hitam di pusat galaksi letaknya sangat berdekatan (hanya terpisah 620 tahun cahaya), mereka tidak dapat dilihat sebagai titik cahaya yang terpisah secara visual. Untuk mengatasinya, tim peneliti menerapkan teknik spectro-astrometry, yaitu metode yang mengukur pergeseran spasial dalam emisi garis di seluruh galaksi secara presisi untuk menentukan posisi masing-masing sumber.
• Pendeteksian Gas Berkecepatan Tinggi: Lubang hitam ketiga, yang terletak di pinggiran galaksi (sekitar 5.500 tahun cahaya dari pusat), terdeteksi melalui keberadaan wilayah gas hidrogen berkecepatan tinggi yang menunjukkan adanya lubang hitam yang sedang tumbuh dengan cepat.
• Pentingnya Instrumen IFS: Tanpa informasi terperinci yang disediakan oleh instrumen Integral Field Spectroscopy pada James Webb, para astronom kemungkinan besar hanya akan mendeteksi satu lubang hitam saja karena jarak galaksi yang sangat jauh (12,5 miliar tahun cahaya). Data dari James Webb ini juga memungkinkan para ilmuwan untuk menghitung perkiraan massa serta tingkat penyerapan materi (accretion rate) dari ketiga objek raksasa tersebut.

Pintu Menuju Pemahaman Evolusi Galaksi

Temuan ini memberikan bukti penting mengenai bagaimana lubang hitam bisa tumbuh begitu besar dalam waktu yang relatif singkat setelah Big Bang. Menurut Profesor Roberto Maiolino dari University of Cambridge, penggabungan lubang hitam kemungkinan menjadi "jalur cepat" tambahan bagi pertumbuhan mereka di alam semesta awal.

Proses penggabungan sistem masif seperti ini di masa depan diharapkan dapat dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi generasi mendatang. Keberhasilan penemuan ini juga membuktikan bahwa instrumen spektroskopi pada James Webb sangat krusial; tanpa teknologi resolusi tinggi tersebut, para ilmuwan kemungkinan besar hanya akan mendeteksi satu lubang hitam saja di galaksi yang sangat jauh ini.

Penelitian ini telah dipublikasikan secara resmi dalam jurnal ilmiah Astronomy & Astrophysics, menandai tonggak baru dalam upaya manusia memahami asal-usul dan dinamika objek paling misterius di alam semesta.