Bagaimana lubang hitam supermasif pertama Semesta terbentuk? Sebuah model baru evolusi galaksi dan lubang hitam menunjukkan tabrakan menunjukkan bahwa tabrakan galaksi kemungkinan melahirkan lubang hitam yang terbentuk sekitar 13 miliar tahun yang lalu. Penemuan ini mengisi bab yang hilang dari sejarah awal alam semesta kita, dan dapat membantu menulis bab berikutnya - di mana para ilmuwan lebih memahami bagaimana gravitasi dan materi gelap membentuk alam semesta seperti yang kita kenal.
Setelah penemuan baru-baru ini bahwa galaksi terbentuk jauh lebih awal dalam sejarah Semesta daripada yang diperkirakan sebelumnya, Stelios Kazantzidis dari The Ohio State University dan timnya menciptakan simulasi komputer baru yang menunjukkan lubang hitam super-masif pertama yang mungkin dilahirkan ketika galaksi-galaksi awal bertabrakan dan digabung bersama. Ini kemungkinan terjadi selama beberapa miliar tahun pertama setelah Big Bang.
"Hasil kami menambah tonggak baru untuk realisasi penting dari bagaimana struktur terbentuk di alam semesta," kata Kazantzidis.
Sebelumnya, para astronom berpikir galaksi berevolusi secara hierarkis, di mana gravitasi mengumpulkan potongan-potongan kecil materi terlebih dahulu, dan potongan-potongan kecil itu secara bertahap bersatu membentuk struktur yang lebih besar.
Tetapi model-model baru mengubah gagasan itu di atas kepalanya.
"Bersama dengan penemuan-penemuan lain ini, hasil kami menunjukkan bahwa struktur besar - baik galaksi dan lubang hitam besar - membangun dengan cepat dalam sejarah alam semesta," katanya. “Hebatnya, ini bertentangan dengan pembentukan struktur hierarkis. Paradoks diselesaikan setelah seseorang menyadari bahwa materi gelap tumbuh secara hierarkis, tetapi materi biasa tidak. Materi normal yang membentuk galaksi yang terlihat dan lubang hitam yang super masif runtuh lebih efisien, dan ini juga berlaku ketika alam semesta masih sangat muda, sehingga memunculkan pembentukan galaksi dan lubang hitam yang anti-hierarkis. ”
Jadi, itu berarti galaksi besar dan lubang hitam super-masif bergabung dengan cepat, dan potongan kecil seperti galaksi Bima Sakti kita sendiri - dan lubang hitam yang relatif kecil di pusatnya - terbentuk lebih lambat. Galaksi-galaksi yang membentuk lubang hitam super-masif pertama itu masih ada, kata Kazantzidis.
Simulasi baru yang dilakukan pada superkomputer mampu menyelesaikan fitur yang 100 kali lebih kecil, dan mengungkapkan detail di jantung galaksi gabungan pada skala kurang dari satu tahun cahaya.
Karena ini, para astronom dapat melihat dua hal: Pertama, gas dan debu di pusat galaksi terkondensasi membentuk cakram nuklir yang ketat. Kemudian piringan itu menjadi tidak stabil, dan gas dan debu berkontraksi lagi, untuk membentuk awan yang lebih rapat yang akhirnya melahirkan lubang hitam super-masif.
Implikasi bagi kosmologi sangat luas, kata Kazantzidis.
“Sebagai contoh, gagasan standar - bahwa properti galaksi dan massa lubang hitam pusatnya saling berhubungan karena keduanya tumbuh secara paralel - harus direvisi. Dalam model kami, lubang hitam tumbuh jauh lebih cepat daripada galaksi. Jadi bisa jadi lubang hitam itu tidak diatur sama sekali oleh pertumbuhan galaksi. Bisa jadi galaksi itu diatur oleh pertumbuhan lubang hitam. ”
Model baru ini juga dapat membantu para astronom yang mencari di langit untuk mencari bukti langsung teori relativitas umum Einstein: gelombang gravitasi.
Menurut relativitas umum, setiap penggabungan galaksi kuno akan menciptakan gelombang gravitasi besar - riak dalam kontinum ruang-waktu - sisa-sisa yang masih harus terlihat hari ini.
Detektor gelombang gravitasi baru, seperti Antena Antariksa Laser Interferometer NASA, dirancang untuk mendeteksi gelombang ini secara langsung, dan membuka jendela baru ke dalam fenomena astrofisika dan fisik yang tidak dapat dipelajari dengan cara lain.
Para ilmuwan akan perlu tahu bagaimana lubang hitam super-masif yang terbentuk di alam semesta awal dan bagaimana mereka didistribusikan di ruang angkasa saat ini untuk menginterpretasikan hasil percobaan tersebut. Simulasi komputer baru harus memberikan petunjuk.
Lihat tautan ini untuk video model tabrakan galaksi.
Sumber: Universitas Negeri Ohio
