Lubang hitam awal lebih besar dari yang kita duga

Setiap galaksi besar di alam semesta tetangga memiliki lubang hitam supermasif pada intinya. Massa lubang hitam ini tampaknya ada kaitannya dengan massa galaksi induk itu sendiri. Tapi memperkirakan massa lubang hitam supermasif yang jauh itu menantang. Para astronom mengekstrapolasi dari apa yang kita ketahui tentang galaksi terdekat untuk memperkirakan massa lubang hitam yang jauh, tetapi ini bukan pengukuran yang sepenuhnya akurat.

Seorang ahli astrofisika di University of Colorado di Boulder, Joseph Simon, baru-baru ini menyarankan bahwa mungkin ada cara yang lebih baik untuk mengukur massa lubang hitam, dan modelnya menunjukkan bahwa lubang hitam awal mungkin jauh lebih besar daripada prediksi lainnya.

“Kami memiliki pengukuran massa lubang hitam supermasif yang sangat bagus untuk galaksi kita dan galaksi terdekat. Kami tidak memiliki jenis pengukuran yang sama untuk galaksi jauh. Simon berkata dalam sebuah jumpa pers.

Hapus semua iklan di alam semesta hari ini

Bergabunglah dengan Patreon hanya dengan $3!

Dapatkan pengalaman bebas iklan seumur hidup

Tapi ada cara untuk membuat tebakan ini lebih akurat. Simon menggunakan ukuran yang dikenal sebagai dispersi kecepatan – pada dasarnya mengumpulkan informasi tentang penyebaran kecepatan semua bintang yang terikat secara gravitasi di orbit dalam galaksi. Informasi ini dapat dikumpulkan menggunakan spektrum galaksi.

Apa yang dia temukan adalah bahwa galaksi pergeseran merah yang tinggi – galaksi yang semakin lama semakin jauh – tampaknya memiliki lubang hitam dengan massa yang jauh lebih besar di intinya daripada yang diperkirakan sebelumnya.

“Ada harapan bahwa Anda hanya akan melihat sistem yang sangat masif ini di alam semesta terdekat. Lubang hitam membutuhkan waktu untuk tumbuh,” kata Simon. Tapi mungkin bukan itu masalahnya.

“Kami mulai melihat dari berbagai sumber yang berbeda bahwa ada hal-hal yang sangat masif di alam semesta sejak awal,” katanya.

Awal tahun ini, misalnya, JWST mendeteksi enam galaksi high-redshift dengan massa yang jauh lebih besar daripada yang diperkirakan.

Perhitungan Simon menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif juga tampak terbentuk lebih awal dan tumbuh lebih besar.

Pekerjaan Simon adalah bagian dari proyek yang jauh lebih besar yang dilakukan oleh nanograf Kolaborasi (Observatorium Gelombang Gravitasi Nanohertz Amerika Utara). NANOGrav mencoba menemukan bukti latar belakang gelombang gravitasi: riak gelombang yang stabil pada frekuensi rendah melalui alam semesta. Ini mungkin termasuk gelombang dari tabrakan lubang hitam supermasif yang dapat terjadi ketika galaksi bergabung: peristiwa ini terlalu besar dan lambat untuk detektor seperti Lego Untuk mengamati: Paling baik diatur untuk menangkap ledakan energik yang cepat, seperti tabrakan bintang neutron.

“Memahami massa lubang hitam sangat penting untuk beberapa pertanyaan mendasar seperti latar belakang gelombang gravitasi, tetapi juga bagaimana galaksi tumbuh dan bagaimana alam semesta kita berevolusi,” kata Simon.

NANOGrav telah berhasil dalam beberapa tahun terakhir mengamati pulsar – bintang neutron berputar yang berdenyut secara teratur dalam interval milidetik. Matriks timing pulsa memantau perubahan tak terduga dalam timing pulsa. Setiap penyimpangan dalam kedatangan pulsa dapat mengindikasikan distorsi oleh gelombang gravitasi.

NANOGrav telah melihat beberapa bukti tentatif, menggunakan data lebih dari 12 tahun, untuk latar belakang gelombang gravitasi. Dan pada Juni 2023, mereka juga dapat menggunakan metode ini untuk mengesampingkan penggabungan lubang hitam seberat 1 miliar massa matahari dalam jarak 300 juta tahun cahaya.

Untuk memodelkan gugus lubang hitam supermasif di alam semesta awal dengan lebih baik, tabrakannya, dan latar belakang gelombang gravitasi yang dihasilkan, penting untuk mendapatkan pengukuran massanya yang akurat. Upaya Simon adalah langkah pertama dalam mengurangi ketidakpastian para ilmuwan tentang massa lubang hitam supermasif yang jauh, dan akan membuat model evolusi galaksi awal di masa depan menjadi lebih akurat.

Belajarlah lagi:

Joseph Simon,Eksplorasi proksi untuk fungsi massa masif lubang hitam: implikasi untuk matriks waktu pulsar“,” Surat Jurnal Astrofisika.

Daniel Saring,”Bobot lubang hitam misterius yang mengintai di jantung galaksi,Universitas California, Boulder.

Gambar unggulan: Kesan artis tentang lubang hitam supermasif (Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech).