LUBANG HITAM YANG DITIMBANG 470 JUTA TAHUN SETELAH DENTUMAN BESAR

Kuasar yang ditenagai lubang hitam bermassa miliaran massa Matahari sudah ada ketika alam semesta berusia kurang dari satu miliar tahun. Bagaimana mereka bisa menjadi sebesar itu dalam waktu sesingkat itu adalah salah satu teka-teki terbuka astronomi. Survei medan luas telah menemukan ratusan monster ini, tetapi hanya yang paling terang.

Teleskop Antariksa James Webb mengubah gambaran itu. Teleskop ini dapat melihat inti galaksi aktif yang jauh lebih redup — galaksi yang lubang hitam pusatnya sedang melahap materi — dengan menangkap garis emisi lebar: cahaya dari gas yang mengorbit begitu cepat di dekat lubang hitam sehingga garis spektrumnya — warna-warna tepat yang dipancarkan setiap unsur — menjadi kabur. Banyak objek ini adalah sumber kompak yang tampak sangat merah, dijuluki “Little Red Dots” (titik merah kecil), yang hakikatnya masih diperdebatkan.

Pencarian tanpa jalan pintas

Xingyao Cai, Akio K. Inoue, Masafusa Onoue, dan rekan-rekan, dipimpin dari Universitas Waseda di Tokyo, menelusuri spektrum publik DAWN JWST Archive: 1.247 sumber dengan jarak pasti antara pergeseran merah 6 dan 10,3 — pergeseran merah (redshift), ditulis z, mengukur seberapa jauh pengembangan alam semesta telah meregangkan cahayanya: makin tinggi nilainya, makin jauh sumbernya dan makin jauh ke masa lalu kita melihatnya. Mereka tidak menyeleksi lebih dulu berdasarkan warna atau ukuran. Untuk setiap spektrum, mereka bertanya apakah model dengan garis hidrogen lebar lebih cocok daripada model tanpa garis itu. 66 kandidat lolos.

Yang terjauh adalah MoM-BL-z10, diamati dalam program “Mirage or Miracle”, pada pergeseran merah z = 9,9837 — ketika alam semesta baru berusia 470 juta tahun.

Garis hidrogen-beta lebarnya, yang dipancarkan sebagai cahaya tampak biru-hijau, sampai kepada kita dalam keadaan teregang sekitar sebelas kali lipat (1 + z), ke inframerah, pada 5,35 mikrometer, tepat di luar batas 5,3 mikrometer pemrosesan standar Webb. Garis itu hanya terlihat karena reduksi data arsip tersebut memulihkan potongan spektrum tambahan itu.

Tujuh citra kecil Webb dari sebuah titik redup, spektrum panjang yang berderau, dan perbesaran garis hidrogen lebar yang dicocokkan dengan warna merah.

Citra Webb MoM-BL-z10 dalam tujuh filter (atas) dan spektrumnya, dengan garis hidrogen-beta lebar yang dicocokkan di sebelah kanan. — Gambar 1, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

Menimbang lubang hitam

Garis lebar itu terdeteksi dengan rasio sinyal terhadap derau 3,87, hanya sedikit di atas ambang 3 yang ditetapkan para penulis. Cahaya dari gas yang bergerak mendekati kita bergeser ke satu arah, cahaya dari gas yang menjauh ke arah lain (efek Doppler), sehingga lebar garis diukur sebagai sebaran kecepatan: 3.480 kilometer per detik (dengan ketidakpastian besar: −950, +2.040). Rasio garis-garis lain, dari neon dan oksigen, menempatkan objek ini di antara inti aktif, bukan galaksi pembentuk bintang biasa.

Menggabungkan kecepatan gas dengan kecerahan sumber, yang menentukan ukuran daerah asal cahayanya, menghasilkan massa “virial” — perkiraan pertama semacam itu pada pergeseran merah 10:

dengan resep standar yang dipakai untuk kuasar, sekitar 36 juta massa Matahari (3,6 × 10⁷, antara kira-kira 19 dan 94 juta), melahap materi pada 11% dari laju maksimum teoretisnya, yaitu batas Eddington — langit-langit yang di atasnya cahaya dari materi yang jatuh justru mendorong gas menjauh dan membuat lubang hitam kelaparan;
dengan resep yang diusulkan untuk Little Red Dots, dan dengan asumsi ia melahap pada laju maksimum itu, sekitar 2,1 juta massa Matahari — 17 kali lebih kecil.

Objek ini tampak kompak dan memiliki warna yang diharapkan dari Little Red Dot, tetapi para penulis menolak menggolongkannya demikian dengan data yang ada sekarang.

Terlalu berat, terlalu dini

Tim menelusuri balik bagaimana lubang hitam seperti itu bisa tumbuh, mulai dari pergeseran merah 25, jauh sebelum 470 juta tahun saat ia terlihat. Dari benih ringan — sisa bintang bermassa 10 hingga 100 massa Matahari —, mencapai 36 juta massa Matahari memerlukan laju rata-rata sekitar dua kali batas Eddington. Benih berat bermassa 10.000 hingga 100.000 massa Matahari, mungkin lahir dari keruntuhan langsung awan gas, bisa mencapainya sambil melahap pada batas itu. Pada laju teramati 11%, ia tak akan pernah bisa tumbuh sebesar ini: ia pasti melahap lebih cepat di masa lalu.

Kurva massa lubang hitam terhadap pergeseran merah untuk benih ringan dan berat, dengan bintang yang menandai MoM-BL-z10.

Kemungkinan riwayat pertumbuhan: bintang kuning (massa standar) berada di tempat benih ringan memerlukan pertumbuhan super-Eddington dan benih berat sudah cukup. — Gambar 5, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

Bahkan massa yang lebih rendah pun tetap sulit dicapai dari benih bintang yang tumbuh pada batas itu.

Di batas kemampuan Webb

MoM-BL-z10 kini menjadi inti aktif bergaris lebar terjauh yang diketahui, melampaui CAPERS-LRD-z9 pada z = 9,29. Dua kandidat sebelumnya di dekat pergeseran merah 10, UHZ1 dan GN-z11, tidak pernah menunjukkan garis lebar yang terdeteksi dengan pasti. Karena garis hidrogen di sini berada tepat di tepi spektrograf Webb, para penulis menduga bahwa pergeseran merah 10 mungkin sudah dekat dengan batas praktis untuk menemukan lubang hitam redup dengan cara ini. Pencarian yang lebih besar, dengan katalog lengkap, sedang disiapkan.