Lubang hitam

Sebuah simulasi menemukan asal baru lubang hitam supermasif

Distribusi kepadatan awan gas penghasil lubang hitam. Titik-titik hitam di dekat pusat gambar mewakili bintang-bintang masif, yang diperkirakan berevolusi menjadi lubang hitam. Titik-titik putih mewakili bintang-bintang yang lebih kecil dari 10 massa matahari dan terbentuk oleh fragmentasi awan gas. Banyak dari bintang-bintang yang lebih kecil bergabung dengan bintang-bintang supermasif di pusatnya, memungkinkan bintang-bintang masif untuk tumbuh secara efisien © Sunmyon Chon

Simulasi komputer yang dilakukan oleh ahli astrofisika di Tohoku University di Jepang, mengungkap teori baru tentang asal mula lubang hitam supermasif. Dalam teori ini, prekursor lubang hitam supermasif tumbuh dengan menelan tidak hanya gas antarbintang, tetapi juga bintang yang lebih kecil. Ini membantu menjelaskan sejumlah besar lubang hitam supermasif yang diamati sekarang.

Hampir setiap galaksi di alam semesta modern memiliki lubang hitam supermasif di pusatnya. Terkadang massanya dapat mencapai hingga 10 miliar kali massa Matahari.

Namun, asal usulnya masih merupakan salah satu misteri besar astronomi. Teori populer adalah model keruntuhan langsung di mana awan primordial gas antarbintang runtuh di bawah gravitasi diri untuk membentuk bintang supermasif yang kemudian berevolusi menjadi lubang hitam supermasif. Menurut teori populer direct collapse model di mana awan primordial gas antarbintang runtuh di bawah self-gravity untuk membentuk bintang supermasif yang kemudian berevolusi menjadi lubang hitam supermasif. Tetapi penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa direct collapse hanya bekerja dengan gas murni yang hanya terdiri dari hidrogen dan helium. Unsur yang lebih berat seperti karbon dan oksigen mengubah dinamika gas, menyebabkan gas yang runtuh terpecah menjadi banyak awan kecil membentuk bintang-bintang kecil. Direct collapse dari gas murni saja tidak dapat menjelaskan sejumlah besar lubang hitam supermasif yang terlihat hari ini.

Sunmyon Chon dan timnya menggunakan superkomputer “ATERUI II” untuk melakukan long-term 3D high-resolution simulations untuk menguji kemungkinan bahwa bintang-bintang supermasif dapat terbentuk bahkan dalam gas yang diperkaya unsur-berat. Pembentukan bintang dalam awan gas yang mengandung unsur berat itu sulit untuk disimulasikan karena biaya komputasi simulasi pemisahan gas yang keras. Tetapi berkat kemajuan dalam kecepatan kalkulasi tinggi “ATERUI II” memungkinkan tim untuk mengatasi tantangan tersebut. Simulasi baru ini memungkinkan untuk mempelajari pembentukan bintang dari awan gas secara lebih rinci.

Ilustrasi pembentukan bintang-bintang supermasif yang berevolusi menjadi lubang hitam supermasif. © NAOJ

Berlawanan dengan prediksi sebelumnya, tim peneliti menemukan bahwa bintang-bintang supermasif masih dapat terbentuk dari awan gas yang diperkaya dengan unsur-berat. Seperti yang diharapkan, awan gas pecah dengan hebat dan banyak bintang kecil terbentuk. Namun, ada aliran gas yang kuat menuju pusat awan; bintang-bintang yang lebih kecil terseret oleh aliran ini dan ditelan oleh bintang-bintang besar di tengah. Simulasi menghasilkan pembentukan bintang masif 10.000 kali lebih masif dari Matahari. “Pertama kalinya kami menunjukkan pembentukan prekursor lubang hitam besar di awan yang diperkaya unsur-unsur berat. Kami percaya bahwa bintang raksasa yang terbentuk akan terus tumbuh dan berkembang menjadi lubang hitam raksasa, ” jelas Chon.

Model baru ini menunjukkan bahwa tidak hanya gas primordial, tetapi juga gas yang mengandung unsur-unsur berat dapat membentuk bintang raksasa, yang merupakan benih lubang hitam.

“Model baru kami mampu menjelaskan asal-usul lebih banyak lubang hitam dari studi sebelumnya, dan temuan ini mengarah pada pemahaman terpadu tentang asal-usul lubang hitam supermasif,” ucap Kazuyuki Omukai, seorang profesor di Tohoku University.

Jurnal Referensi:

Kazuyuki Omukai, Sunmyon Chon. Supermassive star formation via super competitive accretion in slightly metal-enriched cloudsMonthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2020; 494 (2): 2851 DOI: 10.1093/mnras/staa863

Tautan ke artikel asli: Large Simulation Finds New Origin of Supermassive Black Holes / NAOJ

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.