Menggunakan data teleskop arsip Gemini Utara, para astronom mengukur sepasang lubang hitam supermasif terberat yang pernah ditemukan. Penggabungan dua lubang hitam supermasif merupakan fenomena yang telah lama diprediksi, namun tidak pernah diamati. Pasangan masif ini memberikan petunjuk mengapa peristiwa seperti itu tampaknya tidak mungkin terjadi di alam semesta.
Hampir setiap galaksi masif mempunyai lubang hitam supermasif di pusatnya. Ketika dua galaksi bergabung, lubang hitamnya dapat membentuk pasangan biner, yaitu berada dalam orbit terikat satu sama lain. Ada hipotesis bahwa pasangan biner ini ditakdirkan untuk bergabung seiring waktu, tetapi hal ini tidak pernah diamati. Pertanyaan apakah peristiwa seperti itu mungkin terjadi telah menjadi topik perdebatan di kalangan astronom selama beberapa dekade.
Para astronom menggunakan data dari teleskop Gemini North di Hawaii, yang merupakan setengah dari Observatorium Internasional Gemini yang dioperasikan oleh NOIRLab Institut Fisika Nasional, untuk menganalisis lubang hitam biner supermasif yang terletak di galaksi elips B2 0402+379. Ini adalah satu-satunya lubang hitam biner supermasif yang telah terlihat cukup detail untuk melihat kedua objek secara terpisah, dan memegang rekor jarak terpendek yang pernah diukur secara langsung, hanya 24 tahun cahaya. Meskipun jarak yang begitu dekat merupakan pertanda baik bagi merger yang kuat, penyelidikan lebih lanjut mengungkapkan bahwa pasangan ini telah terjebak pada jarak ini selama lebih dari tiga miliar tahun, sehingga menimbulkan pertanyaan: Apa alasan penundaan tersebut?
Untuk lebih memahami dinamika sistem ini dan penggabungannya yang terhenti, tim beralih ke data arsip dari Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), yang memungkinkan mereka menentukan kecepatan bintang di sekitar lubang hitam.
“Sensitivitas GMOS yang luar biasa memungkinkan kami memetakan peningkatan kecepatan bintang saat mereka mendekati pusat galaksi,” kata Roger Romani, profesor fisika di Universitas Stanford dan salah satu penulis makalah tersebut. Berkat ini, kami dapat menarik kesimpulan tentang total massa lubang hitam yang ada di sana.
Tim memperkirakan massa lubang hitam biner tersebut adalah 28 miliar kali massa Matahari, menjadikan pasangan tersebut sebagai lubang hitam biner terberat yang pernah diukur. Pengukuran ini tidak hanya memberikan konteks berharga bagi pembentukan sistem biner dan sejarah galaksi induknya, namun juga menegaskan teori lama bahwa massa lubang hitam biner supermasif memainkan peran kunci dalam menahan potensi merger.
“Arsip data Gemini International Observatory berisi tambang emas penemuan ilmiah yang belum dimanfaatkan,” kata Martin Still, direktur program NSF untuk Gemini International Observatory. “Mengukur massa lubang hitam biner supermasif ini adalah contoh mencolok dari potensi dampak penelitian baru yang meneliti arsip kaya ini.”
Memahami bagaimana biner ini terbentuk dapat membantu memprediksi apakah dan kapan ia akan bergabung—beberapa petunjuk menunjukkan bahwa pasangan tersebut terbentuk dari penggabungan beberapa galaksi. Pertama, B2 0402+379 merupakan “gugus fosil”, yaitu hasil penggabungan bintang dan gas dari seluruh gugus galaksi menjadi satu galaksi masif. Selain itu, kehadiran dua lubang hitam supermasif, dikombinasikan dengan massa gabungannya yang besar, menunjukkan bahwa lubang hitam tersebut terbentuk dari penggabungan beberapa lubang hitam kecil dari galaksi berbeda.
Setelah penggabungan galaksi, lubang hitam supermasif tidak bertabrakan secara langsung. Sebaliknya, mereka mulai terbang melewati satu sama lain, menetap di orbit terbatas. Dengan setiap lintasan, energi ditransfer dari lubang hitam ke bintang-bintang di sekitarnya. Kehilangan energi, pasangan ini semakin mendekat hingga jaraknya beberapa tahun cahaya, di mana radiasi gravitasi mengambil alih dan mereka bergabung. Proses ini telah diamati secara langsung pada pasangan lubang hitam bermassa bintang – kejadian pertama tercatat pada tahun 2015 berkat deteksi gelombang gravitasi – tetapi belum pernah diamati dalam sistem supermasif biner.
Dengan pengetahuan baru tentang massa sistem biner yang sangat besar, tim menyimpulkan bahwa diperlukan jumlah bintang yang sangat besar untuk memperlambat orbit sistem biner agar mendekatkan mereka. Dalam prosesnya, lubang hitam tampaknya telah mengeluarkan hampir seluruh materi di sekitarnya, sehingga inti galaksi tidak memiliki bintang dan gas. Karena tidak ada lagi material yang dapat memperlambat orbit pasangan ini, penggabungan mereka terhenti pada tahap akhir.
“Galaksi dengan pasangan lubang hitam yang lebih ringan biasanya tampaknya memiliki cukup bintang dan massa untuk mendekat dengan cepat,” kata Romani. “Karena pasangan ini sangat berat, dibutuhkan banyak bintang dan gas untuk menyelesaikan pekerjaannya. Tapi biner membersihkan galaksi pusat dari materi tersebut, membiarkannya membeku dan tersedia untuk penelitian kami.”
Apakah mereka akan mengatasi stagnasi dan akhirnya bergabung dalam jutaan tahun, atau tetap berada dalam orbit yang terlantar selamanya, masih harus dilihat. Jika mereka bergabung, gelombang gravitasi yang dihasilkan akan 100 juta kali lebih kuat daripada yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam bermassa bintang.
Ada kemungkinan bahwa pasangan tersebut dapat menempuh jarak terakhir ini melalui penggabungan galaksi lain, yang akan menghembuskan material tambahan ke dalam sistem, atau mungkin lubang hitam ketiga, untuk memperlambat orbit pasangan tersebut sehingga dapat bergabung. Namun, mengingat status B2 0402+379 sebagai gugus fosil, kemungkinan terjadinya penggabungan galaksi baru tidak mungkin terjadi.
“Kami menantikan studi lebih lanjut mengenai inti B2 0402+379, di mana kita akan melihat berapa banyak gas yang dikandungnya,” kata Tirth Surti, seorang mahasiswa pascasarjana Stanford dan penulis utama makalah tersebut. “Ini akan memberi kita lebih banyak wawasan mengenai apakah lubang hitam supermasif dapat bergabung seiring berjalannya waktu, atau apakah mereka akan tetap menjadi sistem biner.”
Baca juga: