Ini adalah salah satu teka-teki kosmologi dan evolusi bintang: bagaimana lubang hitam supermasif menjadi begitu… baik, supermasif ...di Alam Semesta awal, ketika nampaknya tidak cukup waktu untuk mereka mengumpulkan jisim mereka melalui proses penambahan yang stabil sahaja? Memerlukan masa untuk memakan satu bilion jisim solar, walaupun dengan selera makan yang sihat dan banyak yang dapat dicapai. Tetapi ada: lubang hitam raksasa adalah perkara biasa di beberapa galaksi yang paling jauh, memunculkan pertumbuhannya yang tidak menentu walaupun Alam Semesta baru saja merayakan ulang tahunnya yang ke-satu.
Sekarang, penemuan baru-baru ini oleh penyelidik di Caltech menunjukkan bahawa SMB kuno ini terbentuk oleh kematian beberapa jenis bintang gergasi primordial, dinosaur bintang yang eksotik yang tumbuh besar dan mati muda. Semasa kejatuhan mereka bukan hanya satu tetapi dua lubang hitam terbentuk, masing-masing mengumpulkan jisimnya sendiri sebelum akhirnya bergabung menjadi satu raksasa supermasif tunggal.
Tonton simulasi dan ketahui lebih lanjut mengenai bagaimana ini berlaku di bawah:
Dari artikel berita Caltech oleh Jessica Stoller-Conrad:
Untuk menyiasat asal-usul lubang hitam supermasif muda, Christian Reisswig, NASA Einstein Postdoctoral Fellow dalam Astrophysics di Caltech dan Christian Ott, penolong profesor astrofizik teori, beralih kepada model yang melibatkan bintang supermasif. Bintang-bintang raksasa dan agak eksotik ini dihipotesiskan untuk wujud hanya dalam waktu yang singkat di awal Alam Semesta.
Baca lebih lanjut: Bagaimana Lubang Hitam Super Besar?
Tidak seperti bintang biasa, bintang supermasif stabil terhadap graviti kebanyakannya oleh sinaran foton mereka sendiri. Dalam bintang yang sangat besar, radiasi foton — fluks foton keluar yang dihasilkan kerana suhu dalaman bintang yang sangat tinggi — mendorong gas dari bintang ke luar bertentangan dengan daya graviti yang menarik gas masuk kembali.
Semasa hidupnya, bintang supermasif perlahan-lahan menyejuk kerana kehilangan tenaga melalui pelepasan sinaran foton. Apabila bintang menyejuk, ia menjadi lebih padat, dan ketumpatan pusatnya perlahan-lahan meningkat. Proses ini berlangsung selama beberapa juta tahun sehingga bintang mencapai tahap pemadatan yang cukup agar ketidakstabilan graviti masuk dan bintang mula runtuh secara graviti.
Kajian terdahulu meramalkan bahawa ketika bintang supermasif runtuh, mereka mengekalkan bentuk sfera yang mungkin menjadi rata kerana putaran yang cepat. Bentuk ini dipanggil konfigurasi paksi simetri. Menggabungkan fakta bahawa bintang yang berputar sangat cepat terdedah kepada gangguan kecil, Reisswig dan rakannya meramalkan bahawa gangguan ini boleh menyebabkan bintang menyimpang kebukan-bentuk aksimetri semasa keruntuhan. Gangguan pada mulanya seperti itu akan tumbuh dengan cepat, akhirnya menyebabkan gas di dalam bintang yang runtuh itu bergumpal dan membentuk serpihan berkepadatan tinggi.
"Pertumbuhan lubang hitam ke skala supermasif di alam semesta muda hanya mungkin terjadi jika jisim 'benih' objek yang runtuh sudah cukup besar."
- Christian Reisswig, NASA Einstein Postdoctoral Fellow di Caltech
Serpihan ini akan mengorbit pusat bintang dan menjadi semakin padat ketika mereka mengambil bahan semasa runtuh; suhu juga akan meningkat. Dan kemudian, Reisswig berkata, "kesan menarik bermula." Pada suhu yang cukup tinggi, akan ada cukup tenaga yang tersedia untuk memadankan elektron dan antipartikelnya, atau positron, menjadi pasangan elektron-positron. Penciptaan pasangan elektron-positron akan menyebabkan kehilangan tekanan, seterusnya mempercepat keruntuhan; sebagai hasilnya, kedua-dua serpihan yang mengorbit akhirnya menjadi sangat padat sehingga lubang hitam dapat terbentuk di setiap gumpalan. Sepasang lubang hitam mungkin berputar di antara satu sama lain sebelum bergabung menjadi satu lubang hitam besar.
"Ini adalah penemuan baru," kata Reisswig. "Tidak ada yang pernah meramalkan bahawa satu bintang yang runtuh dapat menghasilkan sepasang lubang hitam yang kemudian bergabung."
Penemuan ini diterbitkan di Huruf Kajian Fizikal minggu 11 Oktober. Sumber: Artikel berita Caltech oleh Jessica Stoller-Conrad.
