Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb, para astronom mengamati “tarian” dramatis antara lubang hitam supermasif dan dua galaksi satelit. Pengamatan ini dapat membantu para ilmuwan lebih memahami bagaimana galaksi dan lubang hitam supermasif tumbuh di awal alam semesta.
Lubang hitam supermasif ini memakan materi di sekitarnya dan menyuplai quasar terang yang begitu jauh sehingga Teleskop James Webb melihatnya kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang. Quasar yang disebut PJ308-21 ini terletak di inti galaksi aktif (AGN) di sebuah galaksi yang sedang dalam proses penggabungan dengan dua galaksi satelit masif.
Tim tidak hanya menentukan bahwa lubang hitam tersebut memiliki massa yang setara dengan dua miliar matahari, namun mereka juga menemukan bahwa quasar dan galaksi yang terlibat dalam penggabungan ini sangat berevolusi, sebuah kejutan mengingat mereka sudah ada ketika bumi berusia 13,8 tahun. alam semesta lama hanyalah bayi.
Penggabungan ketiga galaksi ini kemungkinan akan mengirimkan sejumlah besar gas dan debu ke lubang hitam supermasif, sehingga memfasilitasi pertumbuhannya dan memungkinkannya untuk terus memberi daya pada PJ308-21.
Terkait: Teleskop Luar Angkasa James Webb mendeteksi lubang hitam supermasif ‘sangat merah’ yang tumbuh di alam semesta awal
“Studi kami mengungkapkan bahwa kedua lubang hitam berada di pusat pergeseran merah yang tinggi [early and distant] “Quasar dan galaksi yang menampungnya sudah mengalami pertumbuhan yang sangat efisien dan bergejolak dalam miliaran tahun pertama sejarah alam semesta, dibantu oleh kayanya lingkungan galaksi tempat sumber-sumber ini terbentuk,” kata pemimpin tim Roberto DeCarli, peneliti di Institut Nasional Italia. Astrofisika (INAF). Dia mengatakan dalam sebuah pernyataan.
Data tersebut dikumpulkan pada September 2022 oleh instrumen Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) JWST sebagai bagian dari program 1554, yang bertujuan untuk memantau penggabungan antara galaksi yang menampung PJ308-21 dan dua galaksi bulannya.
DeCarli menambahkan bahwa pekerjaan tersebut mewakili “perjalanan emosional” nyata bagi tim, yang mengembangkan solusi inovatif untuk mengatasi kesulitan awal dalam reduksi data dan menghasilkan gambar dengan ketidakpastian kurang dari 1% per piksel.
Quasar lahir ketika sejumlah besar gas dan debu mengelilingi lubang hitam supermasif, jutaan atau milyaran kali massa Matahari, yang terletak di jantung galaksi. Materi ini membentuk awan datar yang disebut piringan akresi yang mengorbit lubang hitam dan secara bertahap memberinya makan.
Gaya gravitasi lubang hitam yang sangat besar menghasilkan gaya pasang surut yang kuat di piringan akresi ini, sehingga meningkatkan suhu gas dan debu hingga 120.000 derajat Fahrenheit (67.000 derajat Celcius). Hal ini menyebabkan cahaya dari piringan akresi memancar melintasi spektrum elektromagnetik. Emisi ini seringkali lebih terang daripada gabungan cahaya setiap bintang di galaksi sekitarnya, menjadikan quasar seperti PJ308-21 sebagai salah satu objek paling terang di alam semesta.
Meskipun lubang hitam tidak memiliki sifat yang dapat digunakan untuk menentukan evolusinya, piringan akresinya (dan juga quasar) memilikinya. Faktanya, usia galaksi bisa “diperkirakan” dengan cara yang sama.
Alam semesta awal penuh dengan hidrogen, unsur paling ringan dan paling sederhana, serta sejumlah kecil helium. Ini membentuk dasar bagi bintang-bintang dan galaksi-galaksi pertama, tetapi selama kehidupan benda-benda bintang ini, mereka membentuk unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium, yang oleh para astronom disebut sebagai “logam”.
Ketika bintang-bintang ini mengakhiri hidupnya dalam ledakan supernova besar-besaran, logam-logam ini menyebar ke seluruh galaksi mereka dan menjadi bahan penyusun bintang-bintang generasi berikutnya. Proses ini telah menyebabkan bintang-bintang, dan melalui galaksi-galaksi tersebut, menjadi semakin “kaya logam”.
Tim menemukan bahwa seperti kebanyakan inti galaksi aktif, inti aktif PJ308-21 kaya akan logam, dan gas serta debu di sekitarnya mengalami proses “fotoionisasi”. Ini adalah proses dimana partikel cahaya, yang disebut foton, menyediakan energi yang dibutuhkan elektron untuk melepaskan diri dari atom, menciptakan ion bermuatan listrik.
Salah satu galaksi yang bergabung dengan galaksi induk PJ308-21 juga kaya akan logam, dan sebagian materinya juga terfotoionisasi oleh radiasi elektromagnetik dari quasar.
Fotoionisasi juga terjadi di galaksi bulan kedua, tetapi dalam kasus ini, hal ini disebabkan oleh pembentukan bintang yang cepat. Galaksi kedua ini juga berbeda dengan galaksi pertama dan galaksi aktif karena tampaknya miskin logam.
“Berkat NIRSpec, untuk pertama kalinya kita dapat mempelajari rentang optik, yang kaya akan data diagnostik berharga tentang sifat-sifat gas di dekat lubang hitam di galaksi yang menampung quasar dan di sekitar galaksi,” kata anggota tim dan ahli astrofisika di Institut Astrofisika Nasional Federica Loiacono. “Sebagai contoh, kita dapat melihat emisi atom hidrogen dan membandingkannya dengan emisi unsur kimia yang dihasilkan oleh bintang untuk menentukan seberapa kaya logam dalam gas tersebut.”
Meskipun cahaya dari quasar yang berasal dari awal mula alam semesta ini hadir dalam spektrum elektromagnetik yang luas, termasuk cahaya optik dan sinar-X, satu-satunya cara untuk mengamatinya adalah melalui inframerah.
Hal ini karena cahaya, yang menempuh perjalanan lebih dari 12 miliar tahun untuk mencapai Teleskop James Webb, memiliki panjang gelombang yang “diregangkan” secara dramatis. Hal ini “menggeser” cahaya ke arah “ujung merah” spektrum elektromagnetik, sebuah fenomena yang oleh para astronom disebut “pergeseran merah”, dilambangkan dengan huruf “z”.
Teleskop James Webb memiliki kemampuan luar biasa untuk melihat objek dan peristiwa “pergeseran merah tinggi” atau “pergeseran merah tinggi” seperti PJ308-21 karena sensitivitasnya terhadap cahaya inframerah.
Loiacono menyimpulkan dengan mengatakan: “Berkat sensitivitas Teleskop James Webb pada inframerah dekat dan pertengahan, menjadi mungkin untuk mempelajari spektrum quasar dan galaksi pendamping dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya di alam semesta jauh oleh “pemandangan” luar biasa yang disediakan oleh Teleskop James Webb “.
Penelitian tim telah diterima untuk dipublikasikan pada Juni 2024 di jurnal Astronomi dan astrofisika.
“Geek tv yang sangat menawan. Penjelajah. Penggemar makanan. Penggemar budaya pop yang ramah hipster. Guru zombie seumur hidup.”
More Stories
Kapan para astronot akan diluncurkan?
Perjalanan seorang miliarder ke luar angkasa “berisiko”
Administrasi Penerbangan Federal menangguhkan penerbangan SpaceX setelah roket yang terbakar jatuh saat mendarat