Teleskop Luar Angkasa James Webb terus menemukan hal-hal yang seharusnya tidak dapat ditemukan. Seperti lubang hitam supermasif yang tampaknya muncul sebelum galaksi yang menampungnya mengetahui siapa yang diinginkannya.
Ini mengacaukan naskahnya.
Selama bertahun-tahun, garis waktu kosmik yang diterima cukup sederhana. Bentuk bintang. Bintang mati. Inti yang runtuh menjadi lubang hitam bintang. Mereka makan. Mereka bergabung. Mengingat kerakusan yang agresif selama miliaran tahun, mereka tumbuh menjadi monster supermasif yang menjadi pusat galaksi modern. Itu adalah proses yang linier dan sabar.
Webb memberi tahu kami bahwa pesanan kami salah.
Titik Merah Kecil
Pada tahun 2022 lalu, astronom JWST menemukan sesuatu yang aneh pada datanya. Gumpalan padat dan berdebu yang dengan bercanda mereka beri nama Titik Merah Kecil. Pada awalnya, mereka mengira itu mungkin jenis galaksi baru. Kemudian mereka menyadari betapa umum hal-hal ini terjadi di alam semesta yang masih bayi, yang kemudian menghilang sekitar 1,5 miliar tahun setelah Big Bang.
Namun judul sebenarnya bukanlah titik-titiknya. Itu adalah apa yang ada di dalam diri mereka.
Observatorium senilai $10 miliar telah menemukan lubang hitam supermasif yang berasal dari masa alam semesta masih bayi—di bawah 1 miliar tahun. Inilah masalahnya. Resep pertumbuhan yang diketahui, yang melibatkan pemberian gas atau penggabungan dengan lubang hitam yang lebih kecil, tidak punya waktu untuk berhasil. Lubang hitam yang jutaan kali lebih berat dari Matahari kita seharusnya tidak ada sedini itu. Secara matematis itu tidak sopan.
Studi baru ini menyarankan perbaikan radikal: lubang hitam ini tidak bermula dari lubang kecil. Mereka terlahir besar. Secara langsung. Tanpa perlu bintang masif runtuh terlebih dahulu, tanpa menunggu jutaan tahun. Dan yang terpenting, tanpa perlu menghabiskan banyak materi dari galaksi induk yang belum selesai merakit dirinya sendiri.
“Ini adalah perubahan paradigma,” kata Roberto Maiolino dari Universitas Cambridge. “Meninjau kembali skenario klasik secara total.”
Mereka mempublikasikannya di Nature dan MNRAS. Bukan observasi biasa.
Einstein Melakukan Pengangkatan Berat
Untuk membuktikannya, tim menatap satu Titik Merah Kecil tertentu: Abell2744-QSQ1.
Letaknya 700 juta tahun setelah Big Bang. Cahayanya telah menempuh perjalanan selama lebih dari 13 miliar tahun hanya untuk mencapai kita. Objeknya kecil—hanya berukuran sekitar 1.300 cahaya—tetapi suaranya keras.
Mempelajarinya tidak mungkin dilakukan dalam keadaan normal. Kecuali Einstein.
Lensa gravitasi membelokkan cahaya dari QSO1. Gugus Pandora (Abell 2744), yang berada di antara kita dan titik di kejauhan, bertindak sebagai kaca pembesar. Melengkungkan ruangwaktu. Melengkungkan jalur cahaya. Ini memungkinkan Webb melihat detail yang sebaliknya kabur hingga tidak terlihat.
Awalnya, data menunjukkan bahwa QSO1 menampung lubang hitam bermassa 40 juta kali massa Matahari, terbungkus gas hidrogen dan helium. Namun pengukuran lubang hitam alam semesta awal sebelumnya merupakan dugaan tidak langsung berdasarkan perilaku lubang hitam alam semesta lokal. Asumsi yang berbahaya, itu. Mungkin dunia bayi bermain dengan aturan yang berbeda.
Jadi mereka memeriksa gerakan gas.
Dengan menggunakan instrumen NIRSpec JWST, mereka memetakan bagaimana gas bergerak di sekitar massa pusat. Jika massanya tersebar—seperti sekumpulan bintang yang berkumpul—gas akan melayang secara kacau. Sebaliknya, gas bergerak dengan gerakan Keplerian yang sempurna. Ia mengorbit pada satu pusat padat persis seperti planet yang mengorbit Matahari.
Artinya massanya tidak menyebar. Itu terkonsentrasi. Semuanya.
“Ignas Juodžbalis, salah satu ketua tim lainnya, menjelaskannya dengan jelas. Jika ada banyak bintang yang terlibat, Anda tidak akan melihat rotasi ini. Gas hanya akan berperilaku seperti ini jika ada satu jangkar besar di jantungnya.”
Mereka akhirnya bisa menimbangnya. Secara langsung.
Lahir Besar
Jumlahnya kembali mencapai 50 juta massa matahari.
Inilah yang menarik: lubang hitam tunggal itu menyumbang 66% dari total massa Titik Merah Kecil.
Di alam semesta lokal modern kita, lubang hitam supermasif hanya merupakan sebagian kecil dari berat galaksi mereka. QSO1 membalik rasio itu ribuan kali. Lubang hitam bukanlah penumpang di galaksi. Galaksi saat ini sedang terbentuk di sekitar lubang hitam.
Yang menyisakan satu pertanyaan yang mengganggu: dari mana asalnya?
Bintang yang runtuh terjatuh dari meja. Perhitungannya tidak mendukung pemberian makan secara bertahap. Tim ini condong pada dua teori. Pertama, ia tumbuh dari “benih berat” yang terbentuk dari keruntuhan langsung awan gas dan debu. Kedua, ia lahir tepat pada saat-saat yang kacau setelah Big Bang itu sendiri, melalui sebuah mekanisme yang belum dapat disebutkan namanya dalam ilmu fisika.
Apa pun yang terjadi, rangkaian peristiwa yang kami ajarkan di buku teks terlihat seperti fiksi. Tuan rumah datang terlambat ke pesta.
Tim berpendapat QSO1 bukanlah kesalahan yang terjadi satu kali saja. Mereka menduga sebagian besar Titik Merah Kecil memiliki keunikan yang sama: lubang hitam terlebih dahulu, kemudian galaksi. Sekarang mereka akan memeriksa yang lainnya. Lihat apakah alam semesta secara konsisten melanggar aturannya sendiri.
