[비즈한국] Teleskop Luar Angkasa James Webb sedang menemukan pemandangan mengejutkan yang tak terduga di ujung alam semesta, tepat setelah peristiwa Big Bang. Ada penemuan yang membuat para astronom sangat bingung, yaitu titik-titik merah kecil yang bersinar samar yang ditemukan di ujung alam semesta. Titik-titik ini disebut Little Red Dot atau LRD. Meskipun diperkirakan merupakan galaksi purba atau lubang hitam purba yang ada saat usia alam semesta kurang dari 1 miliar tahun setelah Big Bang, identitas pastinya belum dapat dijelaskan.
Terkadang, beberapa media dan YouTuber, dengan meminjam mulut para astronom usil yang menyampaikan kegembiraan komunitas astronomi atas penemuan baru, membuat laporan yang dilebih-lebihkan seperti "Teori Big Bang itu sendiri terancam". Untungnya, sejauh ini belum ada penemuan yang cukup kuat untuk meruntuhkan teori Big Bang yang ada, namun penemuan ini cukup menarik dan memikat hingga membuat media menggunakan ekspresi tersebut.
Titik-titik merah tersebut mulai ditemukan dalam proses James Webb menjelajahi lubang hitam bermassa super besar yang mungkin ada di alam semesta awal tepat setelah Big Bang. Alam semesta awal tepat setelah Big Bang kurang berkembang dibandingkan saat ini. Ini adalah masa ketika supernova belum banyak meledak. Sebagian besar hanya terdiri dari hidrogen dan helium murni, dan galaksi yang terdiri dari bintang-bintang tersebut juga sama. Galaksi purba kemungkinan besar menunjukkan garis emisi yang kuat yang dipancarkan dari hidrogen.
Namun, jika lubang hitam raksasa sudah ada di pusatnya sejak galaksi purba, galaksi tersebut mungkin berputar cepat di sekitar lubang hitam pusat, seperti galaksi saat ini. Saat berputar, sebagian material gas yang dikandung galaksi bergerak menjauh dari kita, dan setengah bagian lainnya bergerak mendekati kita. Saat mengamati cahaya dari objek yang bergerak, kita akan mengalami efek Doppler di mana panjang gelombang menjadi lebih panjang atau lebih pendek.
Oleh karena itu, cahaya dari galaksi yang berputar cepat dengan lubang hitam berat di pusatnya akan tampak tersebar lebih jauh ke arah panjang gelombang yang lebih panjang atau lebih pendek. Garis emisi yang tajam dari berbagai elemen kimia dalam spektrum akan menyebar ke rentang panjang gelombang yang lebih luas dan datar. Ini disebut peningkatan lebar garis (line broadening). Secara khusus, semakin berat massa lubang hitam, semakin cepat rotasi galaksi dan semakin lebar garis spektrumnya. Karakteristik ini disebut garis lebar (Broad line).
Selain itu, galaksi-galaksi di ujung alam semesta yang diincar oleh James Webb menjauh dengan kecepatan yang sangat tinggi, melampaui kecepatan cahaya akibat ekspansi alam semesta. Ekspansi alam semesta ini menyebabkan pergeseran merah (redshift) yang membuat cahaya galaksi tampak bergeser secara ekstrem ke panjang gelombang yang lebih panjang. Awalnya, gas hidrogen di dalam galaksi memancarkan cahaya hingga ke pita ultraviolet dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek, namun selama perjalanan panjang menuju Bumi, cahayanya bergeser ke inframerah yang memiliki panjang gelombang jauh lebih panjang. Titik-titik merah dan buram yang dilihat James Webb adalah cahaya dari miliaran tahun lalu yang mengalami pergeseran merah ekstrem tersebut.
Namun, saat titik-titik merah ditemukan satu per satu, fakta yang membingungkan terungkap. Awalnya, para astronom mengira titik-titik merah tersebut adalah cahaya yang merembes dari ujung alam semesta yang sangat jauh dengan lubang hitam raksasa di tengahnya, yang memanjang ke panjang gelombang yang lebih panjang seiring dengan ekspansi alam semesta. Namun, masalahnya tidak sesederhana itu. Sebagian besar titik merah yang ditemukan sejauh ini tidak menunjukkan peningkatan lebar garis yang jelas. Karakteristik yang seharusnya terlihat jika galaksi tersebut memiliki lubang hitam raksasa di tengahnya justru tidak tampak! Penampilannya begitu aneh hingga muncul klaim bahwa mungkin galaksi ini bukanlah galaksi biasa seperti yang kita bayangkan sejak awal.
Ada beberapa hipotesis mengenai hal ini. Pertama, ada kemungkinan lubang hitam bermassa super besar di pusatnya memancarkan energi yang terlalu kuat sehingga cahaya bintang dan awan gas biasa di galaksi yang mengelilingi lubang hitam tersebut tidak terlihat dengan jelas. Atau, karena ini adalah galaksi alam semesta awal tepat setelah Big Bang, galaksi tersebut mungkin jauh lebih kecil dibandingkan saat ini. Selain itu, mungkin mereka tampak sangat merah karena tertutup oleh awan debu yang sangat padat sehingga sebagian besar cahaya bintang biru dengan panjang gelombang pendek yang lebih terang yang dipancarkan dari dalam galaksi terhalangi.
Para astronom menganalisis CANUCS-LRD-z8.6, salah satu titik merah yang ditemukan oleh James Webb. Ini adalah galaksi yang sangat jauh dengan pergeseran merah sekitar 8,6. Galaksi ini menyimpan penampakan alam semesta saat usianya baru 580 juta tahun. Oleh karena itu, kandungan elemen logamnya sangat rendah. Galaksi ini menunjukkan peningkatan lebar garis yang samar namun jelas dapat dikonfirmasi. Berdasarkan analisis ini, diperkirakan massa lubang hitam yang bersembunyi di pusatnya melebihi 10 juta kali massa matahari.
Karena massa lubang hitam di pusat galaksi Bima Sakti adalah 4 juta kali massa matahari, lubang hitam di dalam titik tersebut sangatlah berat. Artinya, galaksi purba yang baru lahir saat usia alam semesta bahkan belum mencapai 600 juta tahun, sudah mengandung lubang hitam yang hampir dua kali lebih berat daripada galaksi kita yang sudah berusia lebih dari 10 miliar tahun! Sulit dipercaya bahwa lubang hitam seberat itu sudah ada di masa lalu yang sangat jauh ketika alam semesta baru saja lahir.
Lubang hitam tumbuh dengan menyedot materi menggunakan gravitasinya yang kuat. Namun, bahkan lubang hitam pun tidak bisa menyedot materi secara sembarangan. Pada saat yang sama, materi yang berkumpul di sekitarnya memanas dan memancarkan energi yang kuat keluar dari lubang hitam. Semakin banyak materi yang disedot lubang hitam, semakin hebat pula energi yang dipancarkan ke segala arah. Jika lubang hitam menyedot materi dengan terlalu rakus, energi yang dipancarkan ke luar akan menjadi terlalu kuat dan ia tidak dapat lagi menyedot materi.
Batasan seberapa banyak materi yang bisa dimakan oleh lubang hitam ditentukan dengan jelas oleh batas Eddington. Pertumbuhan pesat yang melampaui batas ini dianggap tidak mungkin menurut apa yang kita ketahui. Namun, titik merah dalam foto James Webb jelas menunjukkan keberadaan lubang hitam purba "super besar" yang tidak bisa dijelaskan selain dengan pertumbuhan pesat seperti itu.
Ada satu alternatif untuk menjelaskan hal ini. Saat lubang hitam purba terbentuk, tidak ada bintang lain yang terbentuk di sekitarnya, dan hanya lubang hitam super besar yang tercipta sendirian. Yang mencegah pertumbuhan pesat lubang hitam adalah energi yang dipancarkan saat materi bintang dan awan gas di sekitar lubang hitam memanas karena tersedot. Oleh karena itu, jika energi ini tidak tercipta, lubang hitam mungkin bisa melakukan "mukbang" (makan besar) yang lebih cepat dan hebat daripada yang kita ketahui.
Hal ini mungkin terjadi jika terjadi keruntuhan langsung (Direct collapse) di mana awan gas besar yang ada di alam semesta purba runtuh dan langsung menjadi lubang hitam bermassa super besar tanpa membentuk bintang apa pun. Jika itu yang terjadi, titik merah yang ditemukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb sebenarnya adalah lubang hitam bermassa super besar pengembara yang tidak termasuk dalam galaksi mana pun dan mengembara sendirian di tengah kekacauan alam semesta awal!
Jika diringkas dalam satu kalimat mengenai penemuan terbaru James Webb yang sering disebut media dengan istilah "Teori Big Bang terancam", kita bisa mengatakan: "Tampaknya galaksi dan lubang hitam di alam semesta awal tepat setelah Big Bang tumbuh lebih cepat dari yang diperkirakan sebelumnya." Sebelum James Webb diluncurkan, ketika kita hanya bisa melihat kembali hingga alam semesta berusia 1 miliar tahun setelah Big Bang, kita mengira alam semesta telah berevolusi dengan kecepatan pertumbuhan yang wajar seperti yang kita ketahui sejak awal penciptaan. Namun, dengan kemampuan James Webb untuk melihat hingga ke dalam alam semesta dalam kurun waktu 1 miliar tahun setelah Big Bang, kita telah menemukan tanda-tanda bahwa alam semesta mungkin telah berevolusi melalui masa pertumbuhan yang lebih cepat saat masih sangat muda.
Faktanya, tanda-tanda bahwa lubang hitam dan galaksi di alam semesta awal mungkin telah mengalami pertumbuhan yang lebih hebat sudah pernah dibahas dengan hati-hati melalui pengamatan survei sebelumnya. Melalui Sloan Digital Sky Survey yang memetakan galaksi di seluruh alam semesta, para astronom telah menemukan galaksi yang disebut "Green pea galaxy" (galaksi kacang polong hijau) yang tampak sebagai titik hijau pada jarak jauh lebih dari 2-3 miliar tahun cahaya. Karena galaksi-galaksi tersebut memiliki kepadatan oksigen yang sangat tinggi dan kaya, cahaya panjang gelombang hijaunya tampak sangat terang. Namun, karena mereka adalah galaksi bayi dari masa lalu yang jauh, ukurannya hanya sepersepuluh dari galaksi kita. Jadi, dalam foto survei, mereka tampak seperti kacang polong kecil.
Jika kita keluar dari ladang kacang polong dan pergi ke alam semesta yang lebih jauh, kita akan bertemu dengan ladang blueberry yang berwarna biru redup dan buram. Titik-titik kecil buram yang tampak terang dalam panjang gelombang biru pendek yang mendekati ungu dalam foto disebut sebagai Blueberry galaxy (galaksi blueberry). Melalui pengamatan survei skala penuh yang dilakukan sejak tahun 2017, lebih dari 1.500 galaksi blueberry telah dikonfirmasi sejauh ini. Mereka diperkirakan sebagai galaksi yang hanya berisi kumpulan bintang muda dan biru yang sangat terang dengan kepadatan tinggi. Mereka mungkin adalah Starburst galaxy yang menunjukkan tingkat kelahiran bintang yang eksplosif, 10 hingga 100 kali lipat lebih banyak dibandingkan galaksi saat ini. Demikian pula, karena mereka adalah galaksi bayi di alam semesta yang lebih jauh, mereka belum tumbuh banyak. Itulah sebabnya ukurannya hanya sepertigapuluhribu dari ukuran galaksi kita.
Kita mengira alam semesta akan dipenuhi dengan galaksi yang bulat dan besar seperti bunga matahari. Kita berpikir bahwa semakin jauh kita pergi ke alam semesta masa lalu, kita hanya akan melihat benih bunga matahari kecil yang belum tumbuh. Namun, ternyata tidak. Saat melangkah lebih jauh ke alam semesta yang lebih jauh, kita dihadapkan pada ladang kacang polong yang luas dan tak terduga, dan saat melangkah satu langkah lebih jauh lagi, kita bertemu dengan ladang blueberry raksasa. Kini, setelah mencapai batas alam semesta yang dapat diamati melalui James Webb, kita sekali lagi bertemu dengan ladang sorgum merah raksasa yang tak terduga. Alam semesta kita yang dipenuhi dengan banyak galaksi yang bersinar indah saat ini adalah bunga yang mekar di tengah ladang sorgum merah 13,8 miliar tahun yang lalu.
Referensi
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024arXiv241204983T/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024arXiv241204557L/abstract
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak menonton 'Galaxy Express 999' di masa kecil, ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Observed Galaxy', 'Thinking About Space All Day', dan 'Stars, Science of Light'.