Peneliti UCLA mengajukan teori inovatif yang menyatakan bahwa materi gelap memainkan peran krusial dalam pembentukan lubang hitam supermasif di alam semesta awal, sekaligus menawarkan solusi bagi teka-teki kosmik yang sudah lama ada.
Sebuah tim astrofisikawan UCLA telah mengajukan teori luar biasa untuk menjelaskan keberadaan lubang hitam supermasif di alam semesta awal, sebuah misteri yang telah membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade. Studi mereka, diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters, menunjukkan bahwa materi gelap mungkin telah memainkan peran penting dalam pembentukan raksasa kosmik kolosal ini jauh lebih awal daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Lubang hitam supermasif, seperti yang ada di pusat galaksi Bima Sakti kita, biasanya terbentuk selama miliaran tahun. Entitas mengerikan ini, beberapa dengan massa miliaran kali lipat massa matahari kita, diperkirakan muncul dari akumulasi gas dan bintang secara bertahap dan melalui penggabungan lubang hitam. Namun, Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mendeteksi lubang hitam supermasif yang tampaknya terbentuk selama masa awal alam semesta, menghadirkan paradoks bagi teori astrofisika konvensional.
“Sungguh mengejutkan menemukan lubang hitam supermasif dengan massa satu miliar massa matahari ketika alam semesta itu sendiri baru berusia setengah miliar tahun,” kata Alexander Kusenko, seorang profesor fisika dan astronomi di UCLA dan penulis utama penelitian tersebut, dalam sebuah pernyataan. rilis berita“Rasanya seperti menemukan mobil modern di antara tulang-tulang dinosaurus dan bertanya-tanya siapa yang membuat mobil itu pada zaman prasejarah.”
Penemuan misterius ini telah memaksa para peneliti untuk mencari tahu lebih jauh dari sekadar penjelasan tradisional. Beberapa ilmuwan telah menyatakan bahwa awan gas yang sangat besar mungkin langsung runtuh menjadi lubang hitam supermasif, melewati proses evolusi dan penggabungan bintang yang panjang. Namun, pendinginan awan gas yang cepat biasanya menyebabkan fragmentasinya menjadi objek yang lebih kecil, mencegah pembentukan lubang hitam besar.
"Seberapa cepat gas mendingin sangat bergantung pada jumlah molekul hidrogen," kata Yifan Lu, penulis pertama studi dan mahasiswa doktoral di UCLA, dalam rilis berita tersebut. "Molekul hidrogen menjadi agen pendingin saat menyerap energi termal dan memancarkannya. Awan hidrogen di alam semesta awal memiliki terlalu banyak molekul hidrogen, dan gas mendingin dengan cepat dan membentuk lingkaran cahaya kecil, bukan awan besar."
Dengan menjelajah ke wilayah yang belum dipetakan, Lu, bersama dengan peneliti pascadoktoral Zachary Picker, mengidentifikasi kemungkinan solusi. Mereka mengembangkan simulasi yang menggabungkan radiasi tambahan yang memengaruhi pendinginan awan gas. Radiasi ini, menurut mereka, dapat mengganggu molekul hidrogen dan mencegah gas mendingin terlalu cepat, sehingga memungkinkan awan besar terbentuk dan akhirnya runtuh menjadi lubang hitam supermasif.
“Jika Anda menambahkan radiasi dalam rentang energi tertentu, itu akan menghancurkan molekul hidrogen dan menciptakan kondisi yang mencegah fragmentasi awan besar,” imbuh Lu.
Tapi apa yang bisa menjadi sumber radiasi kritis ini?
Jawaban mereka mengarah pada materi gelap, bentuk materi yang sulit dipahami yang merupakan bagian penting dari alam semesta. Meskipun materi gelap telah terdeteksi melalui pengaruh gravitasinya, sifat pastinya masih belum diketahui. Para peneliti berspekulasi bahwa materi gelap dapat terdiri dari partikel tidak stabil yang membusuk menjadi foton — partikel cahaya yang dapat menghasilkan radiasi yang diperlukan untuk menjaga awan hidrogen tetap hangat untuk mencegah fragmentasi.
"Ini bisa menjadi solusi mengapa lubang hitam supermasif ditemukan sangat awal," imbuh Picker. "Jika Anda optimis, Anda juga bisa menganggapnya sebagai bukti positif untuk satu jenis materi gelap. Jika lubang hitam supermasif ini terbentuk oleh runtuhnya awan gas, mungkin radiasi tambahan yang dibutuhkan harus berasal dari fisika sektor gelap yang tidak diketahui."
Teori ini tidak hanya memberikan penjelasan yang masuk akal untuk pembentukan lubang hitam supermasif awal, tetapi juga mengisyaratkan adanya interaksi baru antara materi gelap dan materi biasa. Interaksi semacam itu dapat merevolusi pemahaman kita tentang kosmos dan membuka jalan baru untuk mengeksplorasi sifat-sifat materi gelap.
Saat para astrofisikawan terus mengungkap misteri alam semesta awal, studi ini merupakan langkah maju yang monumental dalam memahami bagaimana beberapa objek tertua dan paling masif yang ada terbentuk. Peran menarik materi gelap dalam kisah kosmik ini menggarisbawahi kompleksitas dan keajaiban alam semesta, mengingatkan kita bahwa banyak rahasianya yang belum terungkap.