Lubang Hitam yang Tidak Terbentuk dari Keruntuhan Bintang 

Lubang hitam di Little Red Dot (LRD) Abell 2744-QSO1 yang diamati oleh JWST di alam semesta awal (sekitar 700 juta tahun setelah Big Bang) adalah lubang hitam supermasif yang telah tumbuh hingga ukuran saat ini tanpa galaksi yang jauh lebih besar untuk memberinya makan. Menurut model standar evolusi bintang, lubang hitam terbentuk dari kematian bintang-bintang yang lebih besar di akhir masa hidupnya ketika kehabisan bahan bakar akibat keruntuhan inti bintang. Lubang hitam ini tumbuh ukurannya dengan memakan materi dari galaksi yang jauh lebih besar. Lubang hitam Little Red Dot QSO1 tidak sesuai dengan kerangka ini dan merupakan hal baru. Lubang hitam ini terbentuk langsung tanpa evolusi bintang standar, yaitu, bukan sisa dari evolusi bintang. Bukan merupakan keruntuhan inti dari bintang besar yang sekarat. Sebaliknya, ini adalah lubang hitam hasil keruntuhan langsung (DCBH) atau lubang hitam primordial (PBH). Lubang hitam yang tidak terbentuk dari keruntuhan bintang telah diteorikan sebelumnya. Ini adalah bukti adanya lubang hitam yang terbentuk melalui proses di luar standar. evolusi bintang.  

Bagaimana lubang hitam terbentuk? Menurut model standar evolusi bintang, lubang hitam adalah produk tahap akhir evolusi bintang-bintang masif. Bintang mengalami perubahan seiring berjalannya waktu. 

Kehidupan sebuah bintang dimulai di awan gas dan debu antarbintang yang besar di galaksi, dengan penggumpalan gas akibat suhu rendah ke kantong-kantong berdensitas tinggi. Gumpalan-gumpalan tersebut secara bertahap mengumpulkan lebih banyak materi dan tumbuh. Pada titik tertentu, gumpalan-gumpalan tersebut runtuh karena peningkatan gaya gravitasi ke dalam. Gesekan selama keruntuhan memanaskan materi dan lahirlah bintang muda. Ini adalah tahap protobintang dalam siklus hidup bintang. Keruntuhan gravitasi terus berlanjut, menyebabkan peningkatan suhu dan tekanan secara bertahap di inti protobintang. Pada waktunya, suhu dan tekanan menjadi cukup tinggi untuk memungkinkan inti hidrogen berfusi. Fusi nuklir melepaskan sejumlah besar energi yang memanaskan materi secara cukup untuk mencegah keruntuhan lebih lanjut akibat gravitasi. Ini adalah 'tahap deret utama' bintang. Hidrogen adalah bahan bakar utama. 

Ketika bahan bakar habis, fusi nuklir berhenti dan tidak ada energi untuk memanaskan material guna menyeimbangkan gaya gravitasi ke dalam, dan inti bintang runtuh, meninggalkan sisa yang padat. Inilah akhir dari bintang tersebut. Bintang yang mati atau sisa yang padat tersebut bisa berupa katai putih, atau bintang neutron, atau lubang hitam Tergantung pada massa bintang asalnya. Bintang yang lebih berat dari 20 massa matahari (>20 M⦿) menjadi lubang hitam di akhir evolusi bintang ketika bahan bakarnya habis. Ini adalah cara standar – bintang dan galaksi terbentuk terlebih dahulu, dan lubang hitam terbentuk kemudian sebagai tahap akhir evolusi bintang. Massa lubang hitam tersebut jauh lebih kecil daripada massa keseluruhan galaksi. 

Pembentukan lubang hitam non-bintang

Mungkinkah lubang hitam terbentuk melalui cara lain selain keruntuhan inti bintang? Dua saluran pembentukan "non-bintang" telah diteorikan. 

Di alam semesta awal, awan gas primordial yang besar dapat runtuh langsung menjadi lubang hitam, melewati pembentukan dan evolusi bintang normal, sehingga menghasilkan apa yang kita sebut Lubang Hitam Runtuh Langsung (Direct Collapse Black Holes/DCBH). Lubang hitam hipotetis lainnya yang terbentuk langsung tanpa melibatkan evolusi bintang standar adalah Lubang Hitam Primordial (Primary Black Holes/PBH). PBH adalah peninggalan Big Bang yang terbentuk dalam fluktuasi kepadatan ekstrem di alam semesta awal tak lama setelah Big Bang. 

Lubang hitam yang terbentuk melalui saluran "non-bintang" hanyalah teori, sehingga bersifat hipotetis. Namun, keadaan mulai berubah dengan cepat setelah peluncuran JWST pada Desember 2021, sebuah observatorium ruang angkasa inframerah yang didedikasikan untuk mempelajari alam semesta awal.

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) merevolusi studi tentang alam semesta awal. 

JWST telah melakukan beberapa pengamatan yang menantang pemahaman kita tentang alam semesta awal. Pengamatan galaksi JADES-GS-z14-0 pada pergeseran merah 14.32 menjadikannya galaksi terjauh yang diketahui. Galaksi ini terbentuk di alam semesta awal sekitar 290 juta tahun setelah Big Bang, namun merupakan galaksi yang besar, masif, dan sangat bercahaya. Galaksi ini juga ditemukan kaya akan logam, yang berarti generasi bintang masif telah menyelesaikan siklus hidupnya dari kelahiran hingga ledakan supernova sekitar 290 juta tahun di alam semesta awal. Demikian pula, galaksi alam semesta awal GS-NDG-9422 yang berasal dari sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang ditemukan memiliki komposisi kimia yang kompleks tanpa bintang Populasi III. Sesuai pemahaman saat ini, generasi pertama bintang di alam semesta awal seharusnya adalah bintang Populasi III dengan metalisitas nol. (Dalam astronomi, setiap unsur yang lebih berat dari helium dianggap sebagai logam. Non-logam kimia seperti oksigen, nitrogen, dll. adalah logam dalam konteks kosmologi. Bintang-bintang diperkaya logam di setiap generasi setelah peristiwa supernova). 

JWST juga telah mengamati lubang hitam supermasif di alam semesta awal. Salah satu lubang hitam tersebut diperkirakan berusia sekitar 700 juta tahun setelah Big Bang dan memiliki massa sekitar beberapa juta kali massa Matahari. Semuanya dimulai dengan pengamatan JWST terhadap Little Red Dots (LRD) yang terlihat dalam rilis data pertama JWST pada tahun 2022. Objek kompak berwarna merah ini memiliki spektrum berbentuk V dan menunjukkan emisi dari gas hidrogen berkecepatan tinggi. 

Titik Merah Kecil QSO1 (atau Abell2744-QSO1) 

QSO1 (atau Abell2744-QSO1) adalah prototipe Little Red Dot dengan diameter sekitar 1,300 tahun cahaya pada jarak lebih dari 13 miliar tahun cahaya. Objek ini ada di alam semesta awal, hanya 700 juta tahun setelah Big Bang. Objek ini mengalami pelensaan gravitasi oleh gugus galaksi Abell 2744 (Gugus Pandora), sehingga mengalami pembesaran dan pencitraan rangkap tiga, muncul di tiga lokasi berbeda di langit. Akibatnya, QSO1 lebih mudah dipelajari daripada kebanyakan Little Red Dot lainnya. 

Studi mendalam tentang Titik Merah Kecil (LRD) ini telah membawa para peneliti pada kesimpulan bahwa beberapa lubang hitam supermasif memang sangat besar sejak awal. Lubang hitam tersebut terbentuk tanpa fase keruntuhan bintang dan tanpa galaksi induk yang jauh lebih masif untuk memberi mereka makan. 

QSO adalah singkatan dari Quasi-Stellar Object (biasanya disebut sebagai quasar). 

Studi awal mengungkapkan bahwa QSO1 lebih dari sekadar awan gas hidrogen dan helium yang bercahaya yang mengelilingi lubang hitam supermasif dengan massa sekitar 40 juta kali massa Matahari. Namun, masih ada ketidakpastian apakah massanya benar-benar sebesar itu. Hal ini karena sebelumnya, semua pengukuran massa lubang hitam di alam semesta awal bersifat tidak langsung, berdasarkan asumsi dari apa yang kita ketahui tentangnya di alam semesta lokal. Kita tidak tahu apakah asumsi tersebut benar-benar berlaku untuk alam semesta awal. 

Para peneliti menyadari bahwa jika lubang hitam QSO1 benar-benar masif, mereka seharusnya dapat menggunakan unit medan integral (IFU) pada JWST untuk melacak efek gravitasinya pada gas yang berputar di sekitarnya, sekaligus memetakan distribusi berbagai elemen dalam gas tersebut. Oleh karena itu, mereka menggunakan pengamatan IFU dan memetakan pergerakan gas hidrogen yang mengelilingi lubang hitam tersebut. 

Grafik kecepatan rotasi sebagai fungsi jarak dari pusat menunjukkan bahwa gas tersebut memiliki gerak Keplerian, yang berarti sebagian besar massa Little Red Dot QSO1 terkonsentrasi di lubang hitam di pusatnya. Jika massanya terdistribusi, gas tersebut tidak akan mengorbit titik pusat dengan cara Keplerian yang sempurna seperti planet-planet mengorbit Matahari di tata surya. 

Mengingat gerak Keplerian diatur oleh hukum gravitasi, pengukuran kecepatan gas memungkinkan para peneliti untuk menghitung massa lubang hitam secara langsung. Ini adalah pengukuran langsung pertama massa lubang hitam di alam semesta awal. Ditemukan bahwa lubang hitam QSO1 memiliki massa sekitar 50 juta massa matahari. Selain itu, lubang hitam ini merupakan dua pertiga dari total massa QSO1. Hal ini sangat jarang terjadi karena lubang hitam supermasif di galaksi terdekat umumnya hanya membentuk sebagian kecil dari total massa galaksi induknya.

Lebih lanjut, analisis peta komposisi IFU menunjukkan bahwa gas di seluruh QSO1 hampir seluruhnya terdiri dari hidrogen dan helium. Galaksi yang kaya akan bintang dan puing-puing bintang seharusnya memiliki unsur yang lebih berat seperti oksigen, tetapi QSO1 memiliki metalisitas yang sangat rendah, kurang dari 0.5% dari Matahari, yang menyiratkan bahwa QSO1 memiliki lingkungan galaksi yang sangat murni.

Massa QSO1 yang sangat besar relatif terhadap galaksi induknya menunjukkan bahwa ia pasti tidak terbentuk dari penggabungan bertahap dan pemberian makan lubang hitam bermassa bintang yang lebih kecil. Tampaknya, lubang hitam Little Red Dot QSO1 mendahului proses evolusi bintang. Ia mungkin berevolusi dari benih berat yang terbentuk dalam detik pertama Big Bang (lubang hitam primordial) atau agak kemudian dari keruntuhan awan gas raksasa (lubang hitam keruntuhan langsung) dan mungkin berada pada tahap awal pembentukan galaksi di sekitarnya. Saat ini belum mungkin untuk mengatakan apakah lubang hitam supermasif Little Red Dot QSO1 adalah lubang hitam primordial (PBH) atau lubang hitam keruntuhan langsung (DCBH); namun, ada bukti pembentukan lubang hitam non-bintang di alam semesta awal.

***

Referensi: 

1. Maiolino R., et al 2026. Lubang hitam di galaksi yang hampir murni 700 juta tahun setelah dentuman besar. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 548, Issue 1, Mei 2026, staf2109. Diterbitkan 06 April 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Pengukuran massa lubang hitam secara langsung di sebuah titik merah kecil pada pergeseran merah tinggi. Nature 653, 1017–1021 (2026). Diterbitkan 27 Mei 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. Webb dari NASA Mengungkap Lubang Hitam yang Terbentuk Sebelum Galaksinya. Diposting 27 Mei 2026. Tersedia di https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

Terkait artikel 

James Webb Space Telescope (JWST): Observatorium Luar Angkasa Pertama yang Didedikasikan untuk Mempelajari Alam Semesta Awal (6 November 2021) 

Studi Alam Semesta Awal: Eksperimen REACH untuk mendeteksi garis 21 cm yang sulit dipahami dari Hidrogen Kosmik(3 Agustus 2022) 

Katai Coklat (BDs): Teleskop James Webb Mengidentifikasi Objek Terkecil yang Terbentuk Seperti Bintang (5 Januari 2024) 

Lubang Hitam Tertua dari Alam Semesta Awal Menantang Model Pembentukan Lubang Hitam (24 Januari 2024) 

Alam Semesta Awal: Galaksi Terjauh “JADES-GS-z14-0″ Menantang Model Pembentukan Galaksi (12 Agustus 2024) 

Paradoks Bintang Kaya Logam di Awal Alam Semesta (27 September 2024)

***