Berkat keupayaan teleskop masa kini yang telah diperbaiki, para astronom telah menyelidiki lebih jauh ke dalam kosmos dan semakin jauh dari masa ke masa. Dengan berbuat demikian, mereka dapat mengatasi beberapa misteri lama mengenai bagaimana Alam Semesta berkembang sejak Big Bang. Salah satu misteri ini adalah bagaimana lubang hitam supermasif (SMBH), yang memainkan peranan penting dalam evolusi galaksi, yang terbentuk semasa Alam Semesta awal.
Menggunakan Teleskop Sangat Besar (VLT) ESO di Chile, pasukan astronomi antarabangsa memerhatikan galaksi ketika muncul kira-kira 1.5 bilion tahun selepas Big Bang (kira-kira 12.5 bilion tahun yang lalu). Anehnya, mereka mengamati takungan besar gas hidrogen sejuk yang dapat menyediakan "sumber makanan" yang mencukupi untuk SMBH. Hasil ini dapat menjelaskan bagaimana SMBH berkembang begitu pesat dalam tempoh yang dikenali sebagai Cosmic Dawn.
Pasukan ini diketuai oleh Dr. Emanuele Paolo Farina dari Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) dan Max Planck Institute for Astrophysics (MPA). Dia disertai oleh penyelidik dari MPIA dan MPA, Balai Cerap Eropah Selatan (ESO), UC Santa Barbara, Balai Cerap Arcetri Astrophysical, Balai Cerap Astrofizik dan Sains Angkasa Bologna, dan Institut Max Planck untuk Fizik Extraterrestrial (MPEP).
Selama beberapa dekad, ahli astronomi telah mengkaji SMBH, yang terdapat di teras kebanyakan galaksi dan dikenal pasti oleh Nukleus Galatik Aktif (AGN) mereka. Inti ini, yang juga dikenal sebagai kuarsar, dapat memancarkan lebih banyak tenaga dan cahaya daripada bintang-bintang lain di galaksi yang digabungkan. Sehingga kini, yang paling jauh adalah ULAS J1342 + 0928, yang terletak sejauh 13.1 bilion tahun cahaya.
Memandangkan bintang-bintang pertama dianggarkan terbentuk hanya 100.000 tahun selepas Big Bang (kira-kira 13.8 bilion tahun yang lalu), ini bermaksud bahawa SMBH harus terbentuk dengan cepat dari bintang-bintang pertama yang mati. Namun, hingga kini, ahli astronomi tidak menemui habuk dan gas dalam jumlah yang cukup tinggi semasa awal Alam Semesta untuk menjelaskan pertumbuhan pesat ini.
Sebagai tambahan, pemerhatian sebelumnya yang dilakukan dengan Array Atilama Besar / submillimeter Array (ALMA) menunjukkan bahawa galaksi awal mengandung banyak debu dan gas, yang mendorong pembentukan bintang dengan cepat. Penemuan ini menunjukkan bahawa tidak akan ada banyak bahan yang tersisa untuk memberi makan lubang hitam, yang hanya memperdalam misteri bagaimana mereka juga berkembang begitu pesat.
Untuk mengatasi hal ini, Farina dan rakan-rakannya bergantung pada data yang dikumpulkan oleh instrumen VLT Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) untuk meninjau 31 quasar pada jarak sekitar 12.5 miliar tahun cahaya (dengan itu memerhatikan seperti apa 12.5 bilion tahun yang lalu). Ini menjadikan tinjauan mereka sebagai salah satu sampel kuarsa terbesar dari masa awal Alam Semesta ini. Apa yang mereka dapati ialah 12 awan hidrogen yang padat dan mengejutkan.
Awan hidrogen ini dikenal pasti oleh ciri khasnya cahaya UV. Memandangkan jarak dan kesan pergeseran merah (di mana panjang gelombang cahaya diregangkan kerana pengembangan kosmik), teleskop ke bumi memandang cahaya sebagai cahaya merah. Seperti yang dijelaskan oleh Farina dalam siaran akhbar MPIA:
“Penjelasan yang paling mungkin untuk gas yang bersinar adalah mekanisme pendarfluor. Hidrogen mengubah sinaran quasar yang kaya dengan tenaga menjadi cahaya dengan panjang gelombang tertentu, yang dapat dilihat oleh sekelip mata.”
Awan hidrogen yang sejuk dan padat - yang berjumlah beberapa miliar kali massa Matahari - membentuk lingkaran cahaya di sekitar galaksi awal yang memanjang selama 100,000 tahun cahaya dari lubang hitam pusat. Biasanya, mengesan awan seperti di sekitar kuarsa (yang sangat terang) agak sukar. Tetapi berkat kepekaan instrumen MUSE - yang digambarkan Farina sebagai "pengubah permainan" - pasukan mendapati mereka agak cepat.
Sebagai Alyssa Drake, seorang penyelidik dengan MPIA yang turut menyumbang dalam kajian ini, mengatakan:
“Dengan kajian terkini, kita baru mula menyiasat bagaimana lubang hitam supermasif pertama dapat berkembang dengan begitu cepat. Tetapi instrumen baru seperti MUSE dan Teleskop Angkasa James Webb masa depan membantu kita menyelesaikan teka-teki menarik ini.”
Pasukan ini mendapati bahawa gas gas ini terikat erat dengan galaksi, menyediakan "sumber makanan" yang sempurna untuk menampung pembentukan bintang yang cepat dan pertumbuhan lubang hitam supermasif. Pemerhatian ini berkesan menyelesaikan misteri bagaimana lubang hitam supermasif dapat wujud begitu awal dalam sejarah Alam Semesta. Seperti yang diringkaskan oleh Farina:
“Kita sekarang dapat menunjukkan, untuk pertama kalinya, bahawa galaksi primordial memiliki cukup makanan di persekitarannya untuk menampung pertumbuhan lubang hitam supermasif dan pembentukan bintang yang kuat. Ini menambahkan bahagian asas bagi teka-teki yang sedang dibuat oleh para astronom untuk menggambarkan bagaimana struktur kosmik terbentuk lebih dari 12 bilion tahun yang lalu.”
Di masa depan, ahli astronomi akan mempunyai instrumen yang lebih canggih untuk mengkaji galaksi dan SMBH di Alam Semesta awal, yang semestinya akan mendedahkan lebih banyak perincian mengenai awan gas kuno. Ini termasuk Teleskop Sangat Besar (ELT) ESO, serta teleskop berasaskan ruang seperti Teleskop Angkasa James Webb (JWST).
Kajian yang menerangkan penemuan pasukan muncul dalam edisi 20 Disember Jurnal Astrofizik.
