Badai lubang hitam kolosal sedang mengamuk di alam semesta awal

Dalam luasnya alam semesta, lubang hitam supermasif memiliki kemarahan.

Ini meniupkan angin yang luar biasa ke ruang intergalaksi, dan kita melihat cahaya badai dari 13,1 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta kurang dari 10 persen dari usianya sekarang. Ini adalah badai terjauh yang pernah kami identifikasi, dan penemuannya adalah petunjuk yang dapat membantu para astronom mengungkap sejarah pembentukan galaksi.

“Pertanyaannya adalah, kapan angin galaksi muncul di alam semesta?” kata astronom Takuma Izumi dari Observatorium Astronomi Nasional Jepang (NAOJ).

“Ini adalah pertanyaan penting karena terkait dengan masalah penting dalam astronomi: bagaimana galaksi dan super-massa berkorespondensi? Lubang hitam tumbuh bersama? “

Lubang hitam supermasif tidak dapat dipisahkan dari galaksi. Benda-benda raksasa ini, jutaan hingga miliaran kali massa matahari, membentuk jantung perkasa sistem galaksi – inti gravitasi di mana segala sesuatu di galaksi berputar.

Mereka juga memainkan peran besar dalam pembentukan galaksi mereka. Salah satu cara untuk melakukan ini adalah melalui mekanisme yang disebut umpan balik. Angin kencang dari lubang hitam supermasif bertiup melalui ruang angkasa, menerbangkan material yang akan menghasilkan bintang di beberapa area atau memaksanya runtuh menjadi bintang baru di area lain. Pada akhirnya, keberadaan lubang hitam membatasi massa bintang galaksi.

Menariknya, massa lubang hitam supermasif umumnya secara kasar sebanding dengan tonjolan pusat galaksi yang mengelilinginya. Para astronom tidak yakin mengapa ini terjadi, karena sebuah galaksi memiliki massa sekitar 10 kali lipat lebih besar daripada lubang hitam supermasifnya; tetapi proporsionalitas menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif dan galaksi mereka berevolusi bersama, daripada terbentuk secara terpisah dan berkumpul kemudian.

Untuk menyelidiki bagaimana umpan balik awal dapat diamati di alam semesta, Izumi dan rekan-rekannya menggunakan teleskop radio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) di Chili untuk mencari pergerakan aliran gas di sekitar galaksi dengan lubang hitam supermasif di alam semesta awal.

Mereka menemukan galaksi bernama J1243 + 0100 hanya beberapa ratus juta tahun kemudian Dentuman Besar. Analisis emisi radio debu di galaksi menunjukkan arus keluar yang kuat sebesar 500 kilometer per detik dengan laju arus keluar 447 kali massa matahari per tahun – pasti cukup kuat untuk menghapus kelahiran bintang.

Ini menjadikannya angin lubang hitam paling awal yang diidentifikasi hingga saat ini, memperpanjang rekor hingga 100 juta tahun, menunjukkan bahwa umpan balik terjadi relatif lebih awal dalam sejarah alam semesta.

Namun, itu bukan satu-satunya hal yang muncul sejak awal. Pengukuran menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif memiliki massa sekitar 330 juta kali matahari.

Dengan mempelajari data ALMA, peneliti juga mampu mengukur massa tonjolan J1243 + 0100. Ini memiliki 30 miliar kali massa Matahari, yang membuat massa lubang hitam kira-kira 10 persen sebanding dengan tonjolan.

Ini menunjukkan bahwa koevolusi lubang hitam supermasif dan galaksi induknya juga telah terjadi setidaknya beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang.

“Pengamatan kami mendukung simulasi komputer presisi tinggi baru-baru ini yang meramalkan bahwa hubungan evolusioner ada sekitar 13 miliar tahun yang lalu.” kata Izumi.

“Kami berencana untuk mengamati sejumlah besar objek seperti itu di masa depan dan berharap dapat mengklarifikasi dengan ini apakah koevolusi asli yang diamati pada objek ini adalah gambaran yang tepat dari alam semesta umum pada waktu itu.”

Studi ini dipublikasikan di Jurnal Astrofisika.