Selama miliaran tahun, para astronom mempertanyakan bagaimana lubang hitam supermasif di pusat galaksi bisa tumbuh sangat besar. Penelitian terbaru yang menggabungkan sinar X dan simulasi komputer akhirnya mengungkap misteri ini!
Para ilmuwan berhasil melacak pertumbuhan lubang hitam supermasif selama 12 miliar tahun, nyaris di sepanjang sejarah kosmik. Mereka menemukan bahwa lubang hitam di pusat galaksi kita, Bima Sakti, ternyata terlambat mencapai ukurannya yang sekarang, yaitu sekitar 4 juta kali massa Matahari.
Lubang hitam supermasif memiliki massa jutaan hingga milyaran kali lebih besar dari Matahari. Bagaimana mereka terbentuk dan tumbuh sebesar itu adalah pertanyaan besar yang coba dijawab penelitian ini.
Penelitian yang dipimpin oleh Fan Zou dan W. Niel Brandt dari Penn State University ini menggunakan dua pendekatan untuk melacak pertumbuhan lubang hitam.
Pertama, mereka mengamati sinar X yang dipancarkan oleh lubang hitam saat melahap gas dari galaksi induknya. Gas ini membentuk piringan akresi yang berputar cepat di sekitar lubang hitam. Semakin banyak gas yang dilahap, semakin kuat sinar X yang dihasilkan.
Kedua, para ilmuwan menggunakan simulasi komputer canggih bernama IllustrisTNG untuk memodelkan penggabungan galaksi di seluruh sejarah kosmik. Penggabungan galaksi ini juga dapat memicu pertumbuhan lubang hitam supermasif ketika lubang hitam pusat kedua galaksi tersebut akhirnya bersatu.
Dengan menganalisis data sinar X dari Teleskop X Chandra milik NASA, misi XMM-Newton milik Badan Antariksa Eropa, dan instrumen sinar X eROSITA di pesawat ruang angkasa Spektr-RG, peneliti berhasil mengidentifikasi sekitar 8.000 lubang hitam supermasif yang sedang aktif melahap gas.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa akresi gas mendominasi pertumbuhan lubang hitam di semua era. Semakin besar galaksi, semakin cepat lubang hitam di pusatnya tumbuh melalui akresi. Penggabungan galaksi, meskipun pengaruhnya lebih kecil, juga berperan dalam pertumbuhan lubang hitam.
Menariknya, penelitian ini juga menunjukkan bahwa pertumbuhan lubang hitam melambat seiring berjalannya waktu. Sekitar 7 miliar tahun yang lalu, jumlah keseluruhan lubang hitam supermasif sudah terbentuk, dengan hanya sedikit lubang hitam baru yang bermunculan.
Para peneliti bahkan secara khusus memodelkan lubang hitam di galaksi kita, Sagittarius A*. Hasilnya menunjukkan bahwa Sagittarius A* tumbuh sebagian besar massanya di era yang lebih muda. Pertumbuhan ini kemungkinan besar didominasi oleh akresi gas, sementara penggabungan galaksi besar-besaran terjadi lebih dari 8 hingga 10 miliar tahun lalu.
Misi Gaia milik Badan Antariksa Eropa baru-baru ini menemukan bukti tabrakan antara Bima Sakti dengan galaksi kerdil 2 hingga 3 miliar tahun yang lalu. Galaksi kerdil diperkirakan memiliki lubang hitam bermassa menengah, puluhan hingga ratusan ribu kali massa Matahari. Ada kemungkinan lubang hitam ini pernah bergabung dengan Sagittarius A* dan menambah massanya.
Penelitian ini masih menyisakan misteri mengenai bagaimana benih awal lubang hitam supermasif terbentuk. Teleskop Hubble dan Teleskop James Webb yang canggih pun telah menemukan lubang hitam bermassa sangat besar di era awal alam semesta. Bagaimana mereka bisa tumbuh jutaan kali massa Matahari dalam waktu kurang dari satu miliar tahun masih menjadi pertanyaan.
Temuan ini tentu saja menjadi langkah besar dalam memahami lubang hitam supermasif yang selama ini menjadi misteri. Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal The Astrophysical Journal.