Selama beberapa dekade, para astronom telah mengetahui bahwa Lubang Hitam Supermasif (SMBH) berada di pusat galaksi paling besar. Lubang hitam ini, yang berkisar dari ratusan ribu hingga miliaran massa Matahari, memberikan pengaruh kuat pada materi di sekitarnya dan diyakini sebagai penyebab Active Galactic Nuclei (AGN). Selama para astronom mengetahui tentang mereka, mereka telah berusaha memahami bagaimana SMBH terbentuk dan berevolusi.
Dalam dua penelitian yang baru-baru ini diterbitkan, dua tim peneliti internasional melaporkan penemuan lima pasang lubang hitam yang baru ditemukan di pusat galaksi yang jauh. Penemuan ini dapat membantu para astronom memberikan penerangan baru tentang bagaimana SMBH terbentuk dan tumbuh dari waktu ke waktu, belum lagi bagaimana merger lubang hitam menghasilkan gelombang gravitasi terkuat di Semesta.
Empat kandidat lubang hitam ganda pertama dilaporkan dalam sebuah studi berjudul "AGN Terkubur dalam Penggabungan Tingkat Lanjut: Pemilihan Warna Infra Merah Menengah sebagai Pencari Ganda AGN", yang dipimpin oleh Shobita Satyapal, seorang profesor astrofisika di Universitas George Mason. Penelitian ini diterima untuk publikasi di Indonesia Jurnal Astrofisika dan baru-baru ini muncul online.
Studi kedua, yang melaporkan kandidat lubang hitam ganda kelima, dipimpin oleh Sarah Ellison - seorang profesor astrofisika di University of Victoria. Baru-baru ini diterbitkan di Internet Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society dengan judul "Penemuan Inti Galaksi Ganda Aktif dengan Pemisahan ~ 8 kpc". Penemuan lima pasang lubang hitam ini sangat kebetulan, mengingat pasangan itu adalah penemuan yang sangat langka.
Seperti yang dijelaskan Shobita Satyapal dalam pernyataan pers Chandra:
“Para astronom menemukan lubang hitam supermasif tunggal di seluruh alam semesta. Tetapi meskipun kami memperkirakan mereka tumbuh dengan cepat ketika berinteraksi, menumbuhkan dua lubang hitam supermasif sulit ditemukan.“
Pasangan lubang hitam ditemukan dengan menggabungkan data dari sejumlah instrumen berbasis darat dan ruang yang berbeda. Ini termasuk data optik dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dan Teleskop Binokuler Besar (LBT) berbasis di Arizona dengan data inframerah dekat dari Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) dan data x-ray dari Chandra NASA Observatorium X-ray.
Demi studi mereka, Satyapal, Ellison, dan tim masing-masing berusaha untuk mendeteksi AGN ganda, yang diyakini merupakan konsekuensi dari merger galaksi. Mereka mulai dengan berkonsultasi data optik dari SDSS untuk mengidentifikasi galaksi yang tampaknya sedang dalam proses penggabungan. Data dari survei WISE semua-langit kemudian digunakan untuk mengidentifikasi galaksi-galaksi yang menampilkan AGN paling kuat.
Mereka kemudian berkonsultasi data dari Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) Chandra dan LBT untuk mengidentifikasi tujuh galaksi yang tampaknya berada pada tahap penggabungan yang maju. Penelitian yang dipimpin oleh Ellison juga mengandalkan data optik yang disediakan oleh pemetaan Galaksi Terdekat di Apache Point Observatory (MaNGA) survei untuk menentukan salah satu pasangan lubang hitam baru.
Dari data gabungan, mereka menemukan bahwa lima dari tujuh galaksi yang bergabung memiliki kemungkinan AGN ganda, yang dipisahkan oleh kurang dari 10 kiloparsec (lebih dari 30.000 tahun cahaya). Ini dibuktikan oleh data inframerah yang disediakan oleh WISE, yang konsisten dengan apa yang diprediksikan dari lubang hitam supermasif yang berkembang pesat.
Selain itu, data Chandra menunjukkan pasangan sumber sinar-X yang terpisah, yang juga konsisten dengan lubang hitam yang memiliki materi yang secara perlahan bertambah. Data inframerah dan x-ray ini juga menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif terkubur dalam debu dan gas dalam jumlah besar. Seperti yang ditunjukkan Ellison, temuan-temuan ini adalah hasil dari kerja keras yang terdiri dari pemilahan berbagai panjang gelombang data:
“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa menggabungkan pemilihan inframerah dengan tindak lanjut sinar-X adalah cara yang sangat efektif untuk menemukan pasangan lubang hitam ini. Sinar-X dan radiasi infra merah mampu menembus awan gas dan debu yang menutupi sekeliling lubang hitam ini, dan penglihatan yang tajam dari Chandra diperlukan untuk memisahkan mereka ”.
Sebelum penelitian ini, kurang dari sepuluh pasang black hole yang tumbuh telah dikonfirmasi berdasarkan studi X-ray, dan ini sebagian besar adalah kebetulan. Karya terbaru ini, yang mendeteksi lima pasang lubang hitam menggunakan data gabungan, karena itu beruntung dan signifikan. Selain memperkuat hipotesis bahwa lubang hitam supermasif terbentuk dari penggabungan lubang hitam yang lebih kecil, studi ini juga memiliki implikasi serius bagi penelitian gelombang gravitasi.
"Penting untuk memahami seberapa umum pasangan lubang hitam supermasif, untuk membantu dalam memprediksi sinyal untuk observatorium gelombang gravitasi," kata Satyapa. “Dengan eksperimen yang sudah ada dan yang akan datang online, ini adalah waktu yang menyenangkan untuk meneliti penggabungan lubang hitam. Kita berada pada tahap awal era baru dalam menjelajahi alam semesta. ”
Sejak 2016, total empat contoh gelombang gravitasi telah terdeteksi oleh instrumen seperti Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan VIRGO Observatory. Namun, deteksi ini adalah hasil dari merger lubang hitam di mana lubang hitam semua lebih kecil dan kurang masif - antara delapan dan 36 massa surya.
Lubang Hitam Supermasif, di sisi lain, jauh lebih besar dan kemungkinan akan menghasilkan tanda tangan gelombang gravitasi yang jauh lebih besar karena mereka terus mendekat. Dan dalam beberapa ratus juta tahun, ketika pasangan-pasangan ini akhirnya bergabung, energi yang dihasilkan oleh massa yang diubah menjadi gelombang gravitasi akan luar biasa.
Saat ini, detektor seperti LIGO dan Virgo tidak dapat mendeteksi gelombang gravitasi yang diciptakan oleh pasangan Lubang Hitam Supermasif. Pekerjaan ini sedang dilakukan oleh array seperti Amerika Utara Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), yang mengandalkan pulsar milidetik presisi tinggi untuk mengukur pengaruh gelombang gravitasi pada ruang-waktu.
Usulan Laser Interferometer Space Antenna (LISA), yang akan menjadi pendeteksi gelombang gravitasi berbasis ruang khusus pertama, juga diharapkan membantu dalam pencarian. Sementara itu, penelitian gelombang gravitasi telah sangat diuntungkan dari upaya kolaboratif seperti yang ada antara Advanced LIGO dan Advanced Virgo.
Di masa depan, para ilmuwan juga mengantisipasi bahwa mereka akan dapat mempelajari interior supernova melalui penelitian gelombang gravitasi. Ini kemungkinan akan mengungkapkan banyak tentang mekanisme di balik pembentukan lubang hitam. Di antara semua upaya yang sedang berlangsung dan perkembangan masa depan, kita dapat berharap untuk "mendengar" lebih banyak dari Semesta dan kekuatan paling kuat yang bekerja di dalamnya.
Pastikan untuk melihat animasi ini yang menunjukkan bagaimana nantinya penggabungan dua pasangan lubang hitam ini, milik Chandra X-ray Observatory:
