Simulasi kosmologi baru menunjukkan bahwa gugus bintang padat di alam semesta awal mungkin telah membentuk benih untuk lubang hitam supermasif melalui penggabungan yang tidak terkendali. Pekerjaan ini membahas bagaimana objek masif ini tumbuh dengan cepat setelah kelahiran alam semesta dan mungkin menjelaskan 'titik merah kecil' misterius yang diamati oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Dipimpin oleh Fred Garcia di Universitas Columbia, studi ini merekonstruksi 700 juta tahun pertama sejarah kosmik.
Lubang hitam supermasif berada di inti hampir semua dari 2 triliun galaksi di alam semesta. Monster ini terbentuk segera setelah kelahiran alam semesta dan tumbuh menjadi jutaan atau miliaran kali massa matahari dalam waktu kurang dari satu miliar tahun, membingungkan para astronom.
Misteri semakin dalam pada tahun 2022 ketika Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) mendeteksi 'titik merah kecil' dalam gambar alam semesta yang jauh. Ini muncul sekitar 600 juta tahun setelah kelahiran alam semesta dan memudar dalam satu miliar tahun berikutnya, dengan banyak ilmuwan sekarang melihatnya sebagai lubang hitam supermasif yang sedang tumbuh muncul lebih awal dari yang diharapkan.
Fred Garcia, mahasiswa pascasarjana di Universitas Columbia, memimpin studi yang diterbitkan di The Open Journal of Astrophysics (DOI: 10.33232/001c.145064). Ini mendukung gagasan bahwa gugus bintang padat membentuk benih lubang hitam bermassa menengah. 'Saat ini, ada tiga ide utama tentang bagaimana benih lubang hitam supermasif terbentuk: kolaps langsung dari awan gas, sisa bintang pertama, dan gugus bintang padat,' kata Garcia. 'Pekerjaan kami benar-benar mendukung kasus terakhir.'
Simulasi berfokus pada pembentukan galaksi kerdil dalam 700 juta tahun pertama, mengungkapkan dua ledakan pembentukan bintang di awan gas dingin dalam halo materi gelap. Gugus bermigrasi ke pusat, bergabung menjadi gugus bintang nuklir yang bersinar seperti satu juta matahari. Beberapa awan mengonversi hingga 80 persen gas menjadi bintang, jauh melebihi 2 persen di galaksi modern.
Bintang di gugus padat meledak, meninggalkan lubang hitam yang tenggelam ke inti dan bergabung berulang kali. 'Semua lubang hitam bermassa bintang yang bermigrasi ke pusat... akhirnya membentuk gugus mereka sendiri yang sangat padat dan terikat secara gravitasi,' kata Matías Liempi Gonzalez dari Universitas Sapienza Roma, yang tidak terlibat. Proses lari ini bisa menciptakan embrio lubang hitam supermasif.
Priyamvada Natarajan dari Universitas Yale, juga tidak terlibat, mencatat bahwa temuan ini selaras dengan pekerjaan teoritisnya pada 2014 tentang pertumbuhan lubang hitam di gugus semacam itu. Simulasi ini mungkin menjelaskan pengamatan JWST terhadap gugus bintang pada 460 dan 600 juta tahun pasca-ledakan besar, dengan pengamatan masa depan dari JWST dan misi LISA berpotensi mengonfirmasi hubungan tersebut.