Bukti baru dari Chandra X-ray Observatory NASA menantang gagasan yang ada tentang bagaimana lubang hitam tumbuh di pusat galaksi. Para astronom telah lama berpikir bahwa lubang hitam supermasif dan tonjolan bintang di pusat galaksi inangnya tumbuh pada tingkat yang sama - semakin besar tonjolan, semakin besar lubang hitam. Namun, sebuah studi baru dari data Chandra telah mengungkapkan dua galaksi terdekat dengan lubang hitam supermasif yang tumbuh lebih cepat daripada galaksi itu sendiri.
Massa lubang hitam raksasa di pusat galaksi biasanya adalah sebagian kecil - sekitar 0,2 persen - dari massa yang terkandung dalam tonjolan, atau wilayah bintang padat, di sekitarnya. Sasaran penelitian Chandra terbaru, galaksi NGC 4342 dan NGC 4291, memiliki lubang hitam 10 kali hingga 35 kali lebih besar daripada yang seharusnya dibandingkan dengan tonjolan mereka. Pengamatan baru dengan Chandra menunjukkan lingkaran cahaya, atau amplop besar materi gelap di mana galaksi-galaksi ini berada, juga kelebihan berat badan.
Studi ini menunjukkan dua lubang hitam supermasif dan evolusi mereka terkait dengan lingkaran materi gelap mereka dan tidak tumbuh bersama dengan tonjolan galaksi. Dalam pandangan ini, lubang hitam dan lingkaran gelap materi tidak kelebihan berat badan, tetapi total massa di galaksi terlalu rendah.
"Ini memberi kita lebih banyak bukti tentang hubungan antara dua fenomena paling misterius dan paling gelap dalam astrofisika - lubang hitam dan materi gelap - di galaksi ini," kata Akos Bogdan dari Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian untuk Pusat Astrofisika (CFA) di Cambridge, Mass. ., yang memimpin studi baru.
NGC 4342 dan NGC 4291 dekat dengan Bumi dalam istilah kosmik, pada jarak 75 juta dan 85 juta tahun cahaya. Para astronom telah mengetahui dari pengamatan sebelumnya bahwa galaksi ini memiliki lubang hitam dengan massa yang relatif besar, tetapi tidak yakin apa yang menyebabkan perbedaan tersebut. Namun berdasarkan pengamatan Chandra yang baru, mereka dapat mengesampingkan fenomena yang dikenal sebagai pengupasan pasang surut.
Stripping pasang surut terjadi ketika beberapa bintang galaksi dilucuti oleh gravitasi selama pertemuan dekat dengan galaksi lain. Jika pengupasan pasang surut telah terjadi, lingkaran cahaya sebagian besar akan hilang. Karena materi gelap memanjang lebih jauh dari galaksi, ia lebih longgar terikat pada mereka daripada bintang-bintang dan lebih cenderung untuk ditarik menjauh.
Untuk mengesampingkan stripping pasang surut, para astronom menggunakan Chandra untuk mencari bukti gas panas yang memancarkan sinar-X di sekitar dua galaksi. Karena tekanan gas panas - diperkirakan dari gambar sinar-X - menyeimbangkan tarikan gravitasi semua materi di galaksi, data Chandra yang baru dapat memberikan informasi tentang lingkaran cahaya materi gelap. Gas panas itu ditemukan didistribusikan secara luas di sekitar NGC 4342 dan NGC 4291, menyiratkan bahwa setiap galaksi memiliki halo materi gelap masif yang luar biasa dan bahwa stripping tidal tidak mungkin.
"Ini adalah bukti paling jelas yang kita miliki, di alam semesta terdekat, untuk lubang hitam tumbuh lebih cepat dari galaksi inangnya," kata rekan penulis Bill Forman, juga dari CfA. "Bukannya galaksi-galaksi telah dikompromikan oleh pertemuan dekat, tetapi sebaliknya mereka memiliki semacam pengembangan yang ditahan."
Bagaimana massa lubang hitam bisa tumbuh lebih cepat dari massa bintang galaksi inangnya? Penulis studi tersebut menyarankan konsentrasi besar gas berputar perlahan di pusat galaksi adalah apa yang dikonsumsi lubang hitam sangat awal dalam sejarahnya. Ia tumbuh dengan cepat, dan seiring pertumbuhannya, jumlah gas yang dapat dikeluarkannya, atau ditelan, meningkat seiring dengan output energi dari pertambahan tersebut. Setelah black hole mencapai massa kritis, ledakan yang ditenagai oleh konsumsi gas yang berkelanjutan mencegah pendinginan dan membatasi produksi bintang-bintang baru.
"Mungkin saja lubang hitam supermasif mencapai ukuran besar sebelum ada banyak bintang di galaksi," kata Bogdan. "Itu adalah perubahan signifikan dalam cara berpikir kita tentang bagaimana galaksi dan lubang hitam berevolusi bersama."
Hasilnya disajikan 11 Juni pada pertemuan 220 American Astronomical Society di Anchorage, Alaska. Studi ini juga telah diterima untuk dipublikasikan di The Astrophysical Journal.
