Lubang hitam bermassa sedang adalah mata rantai yang hilang antara lubang hitam seukuran bintang dan raksasa supermasif.
Di pusat hampir setiap galaksi besar adalah lubang hitam supermasif. Para raksasa ini, milyaran kali massa Matahari, mempengaruhi evolusi galaksi tempat mereka berada.
Namun, para astronom tidak dapat memahami bagaimana mereka mencapai proporsi yang begitu besar. Beberapa di antaranya tampaknya terbentuk hanya 600 juta tahun setelah Big Bang.ketika alam semesta hanya 4% dari usianya saat ini. Dari sudut pandang bagaimana kita memahami proses pertumbuhan lubang hitam, ini tampaknya mustahil. “Tidak akan ada cukup waktu untuk membuat lubang hitam sebesar itu sedini ini,” kata Lukasz Wyrzykowski, astronom di Universitas Warsawa. “Artinya, tanpa sesuatu yang bisa mereka tumbuhkan,” jelasnya.
"Benih" semacam itu diyakini sebagai lubang hitam bermassa menengah - lubang hitam raksasa, mata rantai yang hilang antara lubang hitam bermassa bintang yang dibentuk oleh kematian bintang dan lubang hitam supermasif. Lubang hitam bermassa menengah harus memiliki berat antara 100 dan 100.000 massa matahari, dan menurut para ilmuwan, lubang hitam tersebut mewakili tahap kritis dalam pertumbuhan monster di pusat galaksi.
Masalah utamanya adalah mereka sulit dideteksi. "Lubang hitam tidak mengeluarkan apa-apa," kata Daniel Holtz , seorang astrofisikawan di Universitas Chicago. "Jadi mereka sangat sulit ditemukan."
Para astronom telah mengidentifikasi beberapa calon potensial untuk gelar "lubang hitam bermassa menengah". Tahun lalu, dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble, mereka menemukan lubang hitam bermassa 50.000-matahari yang menelan sebuah bintang ; kandidat lain yang 20.000 kali lebih berat dari Matahari, HLX-1 tampaknya melakukan hal yang sama .
Para peneliti mengklaim bahwa berkat metode baru, mereka menemukan lubang hitam seberat 55.000 matahari. Sebuah artikel tentang penemuan ini baru-baru ini diterbitkan di jurnal tersebut Astronomi Alam , juga menyajikan strategi pencarian yang akan membantu menemukan lebih banyak lubang hitam serupa di masa depan.
Penelitian tersebut dipimpin oleh James Painter , seorang mahasiswa doktoral di Universitas Melbourne. Pada tahun 2018, penasihat ilmiah dan rekan penulis Painter Rachel Webster memintanya untuk menganalisis sekitar 2.700 semburan sinar gamma (semburan energi terang yang diyakini sebagai hasil penggabungan bintang neutron atau supernova raksasa) yang dikumpulkan oleh Compton Gamma-ray Observatory NASA. (English Compton Gamma Ray Observatory, CGRO) antara tahun 1991 dan 2000.
Dia mencari pasangan GRB yang hampir identik, mengikuti satu demi satu dengan istirahat sejenak. Kilatan ganda mungkin mengindikasikan bahwa semburan sinar gamma sedang "dilensa" oleh sebuah objek antara dia dan kita. Benda sebesar itu, yang menekuk cahaya semburan dalam perjalanannya ke Bumi, bisa jadi adalah lubang hitam bermassa rata-rata.
Di seluruh kumpulan data 2.700 GRB, perangkat lunak otomatis Painter hanya mengisolasi satu kasus. Pada tahun 1995, Observatorium Compton merekam ledakan dari semburan sinar gamma yang terjadi saat alam semesta berusia sekitar 3 miliar tahun. Setengah detik kemudian, ledakan yang hampir sama terekam.
Tim menyimpulkan bahwa ada lubang hitam bermassa menengah antara Bumi dan GRB. Ledakan sinar gamma tidak terletak tepat di tengah lubang hitam, sehingga cahayanya bergerak melalui dua jalur yang berbeda, salah satunya sedikit lebih panjang. “Lensa memengaruhi jalur dua foton yang bergerak di sepanjang 'tepi' lubang hitam yang berlawanan,” jelas rekan penulis Eric Train , astrofisikawan di Monash University. "Itulah mengapa kita melihat satu kilatan sebelum kilatan lainnya."
Lubang hitam sebagai lensa: Lubang hitam bermassa sedang dapat membelokkan pembelajaran dari ledakan sinar gamma di kejauhan. Cahaya yang melintasi dua jalur akan mencapai Bumi pada waktu yang berbeda, sehingga akan terlihat seperti dua kilatan cahaya.
Tetapi penjelasan ini tidak meyakinkan semua orang. Menurut Natalie Webb, ahli astrofisika dari Institut Penelitian Astrofisika dan Planetologi di Prancis, salah satu kesulitannya adalah kita tidak mengetahui berapa banyak lubang hitam dengan massa rata-rata yang ada di alam semesta. Betapa beruntungnya kita memiliki lubang seperti itu persis di antara planet kita dan GRB? "Menurut perhitungan beberapa orang, ada sejumlah besar lubang seperti itu, 1000 per galaksi, dalam hal ini hal seperti ini dapat terjadi," kata Webb. "Jika mereka jarang bertemu, ya, kemungkinannya kecil."
Masalah lainnya adalah kita tidak cukup tahu tentang GRB itu sendiri - mungkin suar muncul dua kali secara alami, bukan sebagai akibat dari pelensaan. “Mereka semua sangat berbeda dan aneh,” kata Holtz. "Pertanyaan utamanya di sini adalah: mungkinkah itu hanya GRB ganda?" Lensing juga bisa disebabkan oleh gugus bintang bola ( gugus besar bintang tua dengan bentuk bola simetris), tetapi tim berpendapat hal ini tidak mungkin, karena gugus bola 100 kali lebih jarang daripada lubang hitam bermassa menengah. "Kemungkinan cluster berada di tempat yang tepat sangat kecil," kata Train.
Wabah khusus ini ditemukan lebih dari dua dekade lalu, jadi kemungkinan besar kita tidak akan pernah tahu pasti. Prospek yang lebih menarik adalah bahwa metode yang dijelaskan - mencari lubang hitam bermassa sedang yang berfungsi sebagai lensa - akan membantu kami membuat lebih banyak penemuan di masa depan.
“Mengungkap populasi lubang hitam bermassa menengah menggunakan lensa memang menyenangkan,” kata Holtz. Vyrzhikovsky menggunakan data dari teleskop GAIA untuk mencari lubang hitam bermassa sedang yang membelokkan cahaya bintang, bukan semburan sinar gamma, tapi dia belum memiliki apa-apa untuk dibanggakan.
Lubang hitam bermassa sedang tidak hanya dapat menjelaskan pertumbuhan lubang hitam supermasif, tetapi juga memberikan bukti bagi misteri kosmos lainnya - materi gelap . Materi gelap, yang diyakini para ilmuwan merupakan 85% dari massa alam semesta, mungkin merupakan unsur terpenting dalam mendorong pertumbuhan lubang hitam bermassa menengah. “Sangat sulit untuk membuat lubang hitam seperti itu dari materi biasa,” kata Vyrzhikovsky. "Ini membutuhkan banyak bintang untuk bergabung, dan tidak ada cukup waktu di alam semesta [awal] untuk itu."
Teleskop baru diharapkan dapat membantu dalam perburuan lubang hitam bermassa menengah yang sulit dipahami. Menurut Painter, potensi data Observatorium Compton dari satu dekade lalu telah habis, tetapi sekitar 7.000 lebih semburan sinar gamma dari teleskop lain dapat dianalisis. Selain itu, Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi NASA terus mendeteksinya hingga hari ini. “Saatnya menganalisis kumpulan data lain untuk mencari kasus lensing baru,” kata Painter.
Banyak yang berharap bahwa misteri lubang hitam bermassa menengah yang misterius, dan dengan itu tumbuhnya lubang hitam supermasif, akan segera terpecahkan, apa pun metode yang digunakan. “Semua orang percaya,” kata Train. - Mereka pasti harus ada di suatu tempat di Semesta. Anda hanya perlu menemukan di mana tepatnya. "