Teleskop Webb menangkap "alam semesta yang seharusnya tidak ada": lubang hitam sangat besar, galaksi sangat terang, teori Big Bang salah?

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) terus menangkap gambar alam semesta awal yang tidak bisa dijelaskan oleh teori: lubang hitam yang tumbuh terlalu cepat, galaksi kuno yang terlalu terang, serta ratusan objek misterius yang belum pernah terlihat sebelumnya, yaitu "titik merah kecil".

(Rekap: Terjebak di Luar Angkasa 9 Bulan) Dua Astronot NASA Akhirnya Pulang, Namun Menderita Efek Samping, Seolah Tua 10 Tahun) (Latar Belakang Tambahan: NASA Berencana Gunakan Blockchain untuk Menyimpan Data Penting Manusia di Bulan: Mencegah Kehancuran Bumi)

Daftar Isi

Toggle

• Lubang Hitam dengan Massa Miliaran Kali Matahari
• Galaksi Tidak Hanya Tumbuh Terlalu Cepat, Tapi Juga Terang yang Tidak Masuk Akal
• Titik Merah Kecil: "Bintang Lubang Hitam" yang Terbungkus Gas?
• Bukti Saling Bertentangan, Teori Justru Terlalu Banyak untuk Dipilih

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) dalam beberapa tahun terakhir terus mengarahkan bidikan pada asumsi paling dasar dalam astrofisika: Alam semesta awal yang dilihatnya sama sekali tidak sesuai dengan teori aslinya. Lubang hitam yang telah mencapai massa miliaran kali Matahari dalam waktu kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang, galaksi kuno yang kecerahannya jauh melampaui prediksi simulasi, serta ratusan objek misterius yang belum pernah diamati sebelum JWST diluncurkan pada tahun 2022, yaitu "titik merah kecil".

Berdasarkan laporan Quanta Magazine yang mewawancarai banyak astrofisikawan, kebingungan ini sedang melahirkan gelombang teori baru yang mencoba menjelaskan "alam semesta mustahil" yang diungkap oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Tiga misteri saling terkait, dan saat ini tidak ada yang berani mengatakan penjelasan mana yang merupakan jawaban akhir.

Lubang Hitam dengan Massa Miliaran Kali Matahari

Jenny Greene, astrofisikawan dari Universitas Princeton, mengatakan kepada Quanta Magazine bahwa alam semesta pada awalnya mulus dan tanpa ciri setelah Big Bang, namun dalam waktu beberapa ratus juta tahun, "kita sudah melihat lubang hitam dengan massa miliaran kali Matahari sedang tumbuh." Ukuran lubang hitam tergantung pada seberapa besar bibitnya dan seberapa cepat ia tumbuh; tetapi keruntuhan bintang generasi pertama paling banyak meninggalkan bibit dengan massa sekitar 100 kali Matahari, dan untuk mencapai ukuran miliaran kali di awal, "mereka harus diberi makan secara paksa."

Dulu diyakini bahwa pertumbuhan lubang hitam memiliki batas atas yang ketat (batas Eddington), namun simulasi terbaru menunjukkan bahwa jika piringan akresi mengembang dengan cara tertentu, gas dapat mengatasi tekanan radiasi, membentuk "akresi super-Eddington." Pada tahun 2024, JWST mengamati sebuah lubang hitam yang berusia sekitar 1,5 miliar tahun setelah Big Bang, yang sedang melahap materi dengan laju sekitar 40 kali batas Eddington.

Teori lain berpendapat bahwa lubang hitam terbesar sejak awal bukan berasal dari bintang, melainkan dari runtuhnya awan gas raksasa secara langsung menjadi bibit dengan massa sekitar 10.000 kali Matahari. Greene berkata: "Di komputer, kita bisa membuat lubang hitam runtuhan langsung, tetapi tidak bisa menghasilkan cukup jumlah untuk menjelaskan semua lubang hitam."

Sebuah studi terbaru menambahkan bukti baru untuk keruntuhan langsung: sebuah titik merah kecil yang berusia sekitar 750 juta tahun setelah Big Bang, yang diperbesar oleh lensa gravitasi, diidentifikasi sebagai lubang hitam supermasif yang 'telanjang', dengan perkiraan massa hingga 50 juta kali Matahari, dan tidak ditemukan bintang yang dapat dikenali di sekitarnya, mengindikasikan bahwa ia mungkin lahir sebagai bibit raksasa sebelum galaksi mana pun terbentuk.

Jenny Greene berkata: "Jelas ada perbedaan dalam cara lubang hitam tumbuh yang belum kita pahami."

Galaksi Tidak Hanya Tumbuh Terlalu Cepat, Tapi Juga Terang yang Tidak Masuk Akal

Sebelum teka-teki lubang hitam terpecahkan, banyak galaksi awal yang ditemukan JWST juga 'terlalu terang'. Ilmuwan dari Flatiron Institute, Rachel Somerville, dalam sebuah konferensi di Helsingør, Denmark, April lalu, menunjukkan simulasi terbaru: "Sebelum pergeseran merah 15 (270 juta tahun), tidak banyak yang terjadi; pada pergeseran merah 9 (550 juta tahun), kami berhasil membuat galaksi yang indah." Namun, galaksi tertua yang ditemukan JWST ada hanya sekitar 280 juta tahun setelah Big Bang, jauh lebih awal dari jadwal simulasi.

Para teoritisi mengajukan beberapa penjelasan: galaksi awal mungkin lebih efisien dalam mengubah gas menjadi bintang, pembentukan bintang mungkin terjadi dalam ledakan intermiten, dan lingkungan awal mungkin mendukung bintang dengan luminositas sangat tinggi. Somerville tertawa pahit: "Kita hampir berubah dari memiliki terlalu banyak galaksi awal yang sulit dijelaskan, menjadi memiliki terlalu banyak teori untuk menjelaskannya."

Instrumen MIRI lebih lanjut menemukan bahwa sifat galaksi awal sangat bervariasi. Hakim Atek dari Universitas Sorbonne mengatakan kepada Quanta Magazine: "Beberapa galaksi tampak seperti telah membersihkan semua gas dan debu, hanya menyisakan bintang telanjang; yang lainnya penuh dengan gas dalam jumlah besar."

Ini mengindikasikan bahwa pembentukan bintang mungkin merupakan siklus ledakan demi ledakan, dan ada sekelompok galaksi lain dengan kandungan nitrogen yang sangat tinggi, mengindikasikan adanya bintang-bintang yang sangat besar dalam jumlah besar di alam semesta awal.

Titik Merah Kecil: "Bintang Lubang Hitam" yang Terbungkus Gas?

Di antaranya, titik merah kecil mungkin adalah teka-teki paling aneh.

Charlotte Mason, astrofisikawan dari Cosmic Dawn Center di Kopenhagen, terbiasa menggunakan coretan untuk memahami misteri alam semesta. Buku catatannya akhir-akhir ini penuh dengan gambar titik merah kecil. Objek semacam ini mulai muncul dalam jumlah besar sekitar 650 juta tahun setelah Big Bang, dan sebelumnya belum pernah diamati.

Gagasan terbaru menganggap bahwa titik merah kecil mungkin adalah lubang hitam yang terbungkus gas tebal, mewakili objek baru yaitu 'bintang lubang hitam', di mana cangkang gas yang rapat bersinar seperti atmosfer bintang. Mason menganalisis spektrum salah satu titik merah kecil; secara teori, awan gas yang padat akan menyebabkan perubahan tertentu pada sebagian cahaya, tetapi dia tidak melihatnya.

Dia mengakui kepada Quanta Magazine: "Sekarang bagaimana? Mulai dari awal. Jika saya membuat gas menjadi menggumpal dan membuat lubang di sekitar lubang hitam, saya seharusnya bisa mendapatkan sinyal yang lebih mendekati."

Bukti Saling Bertentangan, Teori Justru Terlalu Banyak untuk Dipilih

Ketika tiga misteri bertemu, bukti sebenarnya saling bertentangan. Lubang hitam yang melahap dengan laju 40 kali batas Eddington pada tahun 2024 mendukung 'bibit kecil + akresi super-Eddington'; tetapi lubang hitam 'telanjang' dengan massa 50 juta kali Matahari justru mendukung 'bibit besar + keruntuhan langsung'.

Di sisi galaksi, keragaman yang ditunjukkan MIRI juga berarti tidak ada satu skenario pun yang bisa diterapkan untuk semua galaksi awal. Mungkin pernyataan Greene yang paling tepat: perbedaan itu jelas ada, bukan satu jawaban standar.

Kabar baiknya adalah alat-alat sedang berkembang. Somerville mengatakan simulasi numerik 'mengalami kemajuan yang sangat signifikan', lebih mampu memberikan informasi untuk memahami alam semesta dengan pergeseran merah tinggi; Atek menyebutkan bahwa setelah mencocokkan galaksi yang diamati dengan analog simulasi terbaik, kita bisa merekonstruksi seluruh sejarah pembentukan bintang.

Ke depannya, radiasi galaksi dan lubang hitam mengionisasi lautan hidrogen netral, menandai berakhirnya Zaman Kegelapan kosmik; bintang generasi pertama dengan cepat membakar bahan bakar mereka, meledak sebagai supernova, menaburkan elemen-elemen baru seperti karbon, nitrogen, oksigen, fosfor, dan besi, bahan baku planet dan kehidupan. Lise Christensen, astrofisikawan dari Cosmic Dawn Center, berkata terus terang: "Kita sedang melihat kembali apa yang menciptakan kita." Ini mungkin pertama kalinya manusia memiliki kesempatan untuk melihat dengan mata kepala sendiri dari mana kita berasal.