

(Kredit: Universitas Waseda)
TOKYO — Bayangkan sebuah kota metropolitan kosmik yang luas tempat galaksi-galaksi kuno berkumpul seperti gedung pencakar langit di Kota New York. Kota-kota galaksi ini menyimpan fenomena misterius: penduduk terbesarnya secara misterius berhenti bertumbuh, pabrik-pabrik pembentuk bintangnya sudah lama tutup. Kini, berkat James Webb Space Telescope (JWST) milik NASA, para astronom mungkin telah berhasil menangkap pelakunya – lubang hitam supermasif yang bertindak sebagai saklar mematikan kosmik.
Sebuah studi baru yang diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society: Surat telah mengungkapkan bukti kuat tentang bagaimana raksasa kosmik ini dapat mempengaruhi evolusi galaksi. Dengan memeriksa “protocluster” kuno yang disebut Spiderweb – yang pada dasarnya merupakan gugus galaksi yang sedang dibangun sekitar 11 miliar tahun cahaya jauhnya – para peneliti telah menyaksikan lubang hitam yang tampaknya menghentikan pembentukan bintang di galaksi induknya.
Dipimpin oleh Associate Professor Rhythm Shimakawa dari Universitas Waseda di Jepang, tim internasional menggunakan Kamera Inframerah Dekat Webb untuk mempelajari 19 galaksi besar di dalam ruang pembibitan kosmik yang jauh ini. Apa yang membuat penelitian ini sangat menarik adalah waktunya – para peneliti mengamati galaksi-galaksi ini selama periode puncak pembentukan bintang di alam semesta, ketika konstruksi kosmik sedang berjalan lancar.


Tim membandingkan dua jenis galaksi: galaksi yang menyimpan lubang hitam yang memancarkan sinar-X dan galaksi yang tidak memiliki lubang hitam. Dengan menggunakan visi inframerah Webb yang revolusioner, mereka melacak distribusi jenis emisi hidrogen tertentu yang disebut Paschen-beta, yang berfungsi sebagai suar langit yang menunjukkan di mana bintang-bintang dilahirkan.
Hasilnya memberikan gambaran yang jelas. Galaksi-galaksi tanpa lubang hitam aktif menunjukkan pembentukan bintang yang sehat di seluruh lingkungan bintangnya, seperti kota yang berkembang dengan pembangunan yang dilakukan di setiap distrik. Namun, rekan-rekan mereka dengan lubang hitam yang memancarkan sinar-X menunjukkan penurunan drastis pembentukan bintang di wilayah terluarnya, seolah-olah pembangunan telah dihentikan di mana pun kecuali di inti pusat kota.


Pola ini menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif mungkin bertindak seperti komisioner zonasi kosmik, yang mengatur di mana dan kapan bintang dapat terbentuk di wilayah galaksi mereka. Ini adalah proses yang oleh para astronom disebut sebagai “umpan balik AGN,” di mana inti galaksi aktif – wilayah yang menyala-nyala di sekitar lubang hitam – mempengaruhi evolusi galaksi induknya melalui keluaran energi yang kuat.
Temuan ini sangat penting karena membantu menjelaskan salah satu misteri astronomi yang abadi: bagaimana galaksi elips masif yang kita lihat di gugus galaksi saat ini berevolusi dari sistem aktif pembentuk bintang menjadi galaksi “pensiun” yang tenang? Jawabannya, tampaknya, terletak pada pengaruh pusat lubang hitamnya.
“Protocluster Spiderweb telah dipelajari oleh tim kami selama lebih dari 10 tahun menggunakan Teleskop Subaru dan fasilitas lainnya. Dengan data JWST baru, kami kini dapat 'menjawab pertanyaan' tentang pemahaman dan prediksi pembentukan galaksi yang telah kami kumpulkan,” kata Dr. Shimakawa dalam rilis universitas.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan instrumen NIRCam Webb untuk mengamati panjang gelombang cahaya inframerah tertentu yang sesuai dengan garis emisi Paschen-beta, yang diregangkan oleh perluasan alam semesta sehingga muncul dalam inframerah, bukan cahaya tampak. Mereka membandingkan pengamatan ini dengan gambar yang diambil pada panjang gelombang yang sedikit berbeda untuk mengukur aktivitas pembentukan bintang dan distribusi bintang yang ada. Dengan mengumpulkan gambar beberapa galaksi secara bersamaan, mereka dapat menghasilkan gambar komposit yang lebih jelas tentang seperti apa galaksi pada umumnya, baik dengan atau tanpa lubang hitam aktif.
Hasil Utama
Studi tersebut menemukan bahwa galaksi dengan lubang hitam yang memancarkan sinar-X memiliki pembentukan bintang sekitar tiga kali lebih sedikit dibandingkan galaksi tanpa lubang hitam aktif. Meskipun galaksi pembentuk bintang normal menunjukkan bukti pembentukan bintang hingga sekitar 8.000 tahun cahaya dari pusatnya, galaksi dengan lubang hitam aktif menunjukkan pembentukan bintang minimal di luar wilayah pusatnya.
Keterbatasan Studi
Studi ini berfokus pada satu protocluster, sehingga hasilnya mungkin tidak mewakili seluruh lingkungan galaksi. Selain itu, para peneliti tidak dapat mengukur massa lubang hitam secara langsung, sehingga memaksa mereka menggunakan metode tidak langsung untuk memperkirakan pengaruh lubang hitam. Ukuran sampel dari 19 galaksi juga relatif kecil, meskipun signifikan untuk objek-objek jauh.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini memberikan beberapa bukti paling jelas tentang bagaimana lubang hitam dapat mempengaruhi evolusi galaksi. Studi ini menunjukkan bahwa galaksi dengan distribusi massa yang lebih terkonsentrasi (“potensi bintang” yang lebih tinggi) lebih cenderung menunjukkan penurunan pembentukan bintang ketika mereka menampung lubang hitam aktif. Hal ini mungkin menunjukkan bahwa galaksi-galaksi ini telah mengalami lebih banyak aktivitas lubang hitam sepanjang sejarahnya, yang menyebabkan lebih banyak akumulasi efek pada pembentukan bintangnya.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh berbagai institusi, termasuk Universitas Waseda, MEXT/JSPS KAKENHI, dan berbagai program penelitian Eropa. Studi tersebut menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, yang dioperasikan oleh Space Telescope Science Institute. Pengamatan tersebut merupakan bagian dari program Siklus-1 JWST, dan datanya tersedia untuk umum melalui Arsip Barbara A. Mikulski untuk Teleskop Luar Angkasa (MAST).