[비즈한국] Galaksi Hercules A jika dilihat dengan cahaya tampak sekilas terlihat seperti galaksi elips biasa, dengan kumpulan bintang yang menyebar bulat. Namun, daya tarik sebenarnya dari galaksi ini terungkap saat diamati dalam spektrum gelombang radio. Jika hasil pengamatan radio ditambahkan, kita akan menemukan struktur unik yang memanjang jauh ke kedua sisi hingga ke luar galaksi. Ini adalah jejak yang ditinggalkan oleh lubang hitam di dalam galaksi tersebut yang aktif menyemburkan pancaran energi (jet) yang kuat ke kedua sisi. Skala jet lubang hitam ini saja mencapai satu juta tahun cahaya. Galaksi yang menampung lubang hitam yang menyemburkan jet energi kuat saat diamati dengan gelombang radio seperti ini disebut galaksi radio. Jejak ini memiliki skala yang sangat luar biasa hingga melampaui seluruh galaksi, namun kini hal tersebut hanya dianggap sebagai skala kecil.
Secara mengejutkan, baru-baru ini para astronom menemukan galaksi yang menyemburkan jet energi dengan skala luar biasa, dengan total panjang mencapai 23 juta tahun cahaya. Skala totalnya benar-benar masif, setara dengan menyandingkan 140 galaksi kita secara berurutan. Sulit dipercaya bahwa ini adalah jejak yang ditinggalkan oleh lubang hitam yang tinggal di pusat satu galaksi saja. Ukurannya hampir menyamai skala filamen struktur kosmik raksasa tempat galaksi-galaksi berbaris panjang!
Sebenarnya, para astronom tidak berniat mencari galaksi radio "monster" seperti ini sejak awal. Awalnya, mereka sedang melakukan tugas memetakan filamen galaksi dalam struktur kosmik raksasa yang terjalin ke segala arah dengan memindai seluruh alam semesta menggunakan gelombang radio frekuensi rendah. Tentu saja, sudah diketahui bahwa ada galaksi di berbagai tempat di alam semesta yang menampung lubang hitam ganas dan menyemburkan jet energi raksasa ke kedua sisi, namun mereka mengira jumlahnya tidak akan sebanyak itu. Namun, hasil pengamatan LOFAR mengungkapkan bahwa ada 8.000 galaksi yang menyemburkan jet energi kuat tersembunyi di sana.
Di antaranya, terdapat lokasi yang memancarkan jet dengan skala yang sangat masif dan dominan. Skala totalnya saja mencapai 23 juta tahun cahaya! Bisa dikatakan ini adalah skala struktur kosmik raksasa. Para astronom menamai keberadaan yang memancarkan jet radio raksasa ini dengan nama 'Porphyrion', salah satu nama raksasa dari mitologi. Sebelum penemuan Porphyrion, galaksi radio terbesar adalah Alcyoneus, yang ditemukan oleh tim peneliti yang sama pada tahun 2022. Namun, rekor tersebut kini telah dipecahkan oleh tim peneliti yang sama.
Para astronom yang awalnya sulit memercayai keberadaan jet energi raksasa ini bekerja sama dengan teleskop radio GMRT di India dan tim pengamatan proyek DESI—yang sedang mengukur jarak ke galaksi-galaksi jauh di seluruh alam semesta dan menggambar peta untuk mengungkap identitas energi gelap—untuk mengidentifikasi galaksi mana yang memancarkan jet raksasa ini. Tersangkanya adalah galaksi masif yang massanya 10 kali lebih berat dari galaksi kita. Galaksi ini berjarak 7,5 miliar tahun cahaya dari galaksi kita. Dengan kata lain, galaksi ini menyimpan rupa saat alam semesta berusia 6,3 miliar tahun. Mengingat usia alam semesta adalah 13,8 miliar tahun, ini adalah galaksi yang sangat muda, bahkan belum mencapai setengah usia alam semesta.
Fakta bahwa galaksi yang aktif menyemburkan jet radio raksasa telah ada sejak alam semesta awal berarti ada kemungkinan bahwa galaksi radio raksasa dengan skala sebesar ini cukup banyak tersembunyi di berbagai tempat dalam struktur kosmik raksasa, kita hanya belum menemukannya saja.
Selama sekian lama, para astronom berpendapat bahwa sekuat apa pun jet yang disemburkan oleh lubang hitam di pusat galaksi, skalanya akan sulit melampaui 5 juta tahun cahaya. Alasannya adalah karena saat jet menjauh, kekuatannya akan melemah, dan akan perlahan kehilangan energi serta tersebar ke segala arah saat menabrak partikel gas lain yang mengisi ruang antargalaksi di luar galaksi. Namun, jet radio dari galaksi Porphyrion yang dikonfirmasi kali ini menyembur dengan skala luar biasa lebih dari 20 juta tahun cahaya, bahkan menembus filamen struktur kosmik raksasa. Bagaimana mungkin jet energi bisa menyembur lurus ke kedua sisi tanpa tercerai-berai hingga skala sebesar ini?
Salah satu kemungkinannya adalah secara kebetulan, di arah pancaran jet lubang hitam ini hampir tidak ada galaksi lain, melainkan terdapat kekosongan (void) yang sangat besar dan kosong. Jika jet disemburkan ke arah filamen struktur kosmik raksasa, ia mungkin sudah tersebar karena menabrak galaksi atau material gas lain, namun berkat semburan ke arah void raksasa yang kosong, ia mungkin bisa menyebar jauh tanpa kehilangan energi. Meski begitu, agar jet tetap terjaga hingga skala sebesar ini, lubang hitam di pusat galaksi harus terus-menerus "makan" selama miliaran tahun tanpa henti dan menyemburkan energi kuat ke segala arah. Namun, bagaimana mungkin sebuah lubang hitam tidak kehabisan mangsa selama miliaran tahun dan terus menyemburkan energi, ini masih menjadi misteri yang belum terpecahkan.
Jet energi lubang hitam adalah alat yang baik untuk melacak aliran medan magnet antargalaksi yang terhampar dalam struktur kosmik raksasa berskala ratusan juta tahun cahaya. Hal ini karena aliran partikel yang bermuatan listrik akan mengalir mengikuti medan magnet di ruang angkasa. Jet lubang hitam yang membentang panjang ke kedua sisi ibarat kompas kosmik. Meskipun sering diabaikan, medan magnet sebenarnya adalah salah satu elemen yang memainkan peran sangat penting dalam proses pembentukan galaksi dan kerangka struktur kosmik raksasa. Pada akhirnya, karena semua partikel yang ada di ruang angkasa memiliki muatan listrik. Seperti menaburkan serbuk besi di sekitar magnet untuk memahami bentuk dan distribusi medan magnet di sekitarnya, kita dapat mengonfirmasi keberadaan medan magnet yang membentuk kerangka struktur kosmik raksasa melalui bentuk jet lubang hitam dan jejak yang disebarkannya.
Anda mungkin pernah melihat video berbagai simulasi kosmologis yang menggambarkan proses bagaimana partikel awal di alam semesta yang tersebar secara acak tepat setelah Big Bang mengalir mengikuti gravitasi satu sama lain dan medan magnet ruang angkasa, sehingga kepadatannya perlahan meningkat dan galaksi terbentuk. Mungkin Anda berpikir itu hanya animasi yang dibuat agar terlihat indah, tetapi sama sekali tidak. Semuanya adalah hasil visualisasi dari perhitungan akurat yang diperoleh dengan menjalankan superkomputer selama beberapa bulan hingga beberapa tahun. Jika kita ingin melakukan perhitungan ini dengan laptop biasa yang kita gunakan, waktu yang dibutuhkan hampir mencapai 2.000 tahun.
Dalam proses simulasi kosmologis yang diimplementasikan seperti ini, ada pemandangan menarik yang selalu muncul. Yaitu penampakan energi kuat yang seolah meledak ke segala arah dari galaksi masif di dalam simpul struktur kosmik raksasa yang padat. Itu adalah jejak galaksi yang menampung lubang hitam yang menyemburkan energi kuat ke segala arah saat sedang "makan" dengan aktif di alam semesta awal. Saat sejumlah besar material gas tumpah menuju lubang hitam di pusat galaksi dalam sekejap, lubang hitam yang kekenyangan menyemburkan energi ke segala arah. Dan seketika, distribusi kepadatan atau suhu gas di sekitarnya berubah drastis. Proses ini sangat penting dalam evolusi seluruh alam semesta. Tidak hanya galaksi yang mengalami "semburan" kuat tersebut, tetapi galaksi tetangga yang kebetulan terkena semburan secara langsung juga akan dengan cepat kehilangan material gas yang mereka miliki. Galaksi yang tiba-tiba kehilangan material gas segar kini menjadi galaksi yang kehilangan vitalitas, tidak lagi mampu menciptakan bintang baru.
Jika meneliti evolusi galaksi, saya sering mendapatkan pertanyaan seperti ini: apakah galaksi juga suatu saat akan mati atau meledak, seperti bintang yang mengakhiri hidupnya dengan ledakan supernova setelah menyelesaikan evolusinya? Jika dilihat secara ketat, berbeda dengan bintang individu, galaksi itu sendiri tidak meledak seperti itu. Dan berbeda dengan bintang, galaksi tidak menghilang hanya karena bertambah tua. Hanya saja, seiring berjalannya waktu, kemampuan untuk membuat bintang baru berkurang dan seluruh galaksi perlahan-lahan menjadi gelap dan menua dengan lemah. Namun, bagaimana jika kita menerima definisi kata "meledak" dengan lebih longgar? Misalnya, jika didefinisikan sebagai fenomena memancarkan energi kuat dalam sekejap di berbagai panjang gelombang seperti gelombang radio, cahaya tampak, inframerah, ultraviolet, dll., maka galaksi juga bisa meledak. Karena aktivitas lubang hitam yang kuat di pusat galaksi dapat mengganggu lingkungan sekitar dan meninggalkan jejak.
Sejauh mana lubang hitam di pusat galaksi bisa menjangkau? Dan apa pengaruh aktivitas ini terhadap struktur kosmik raksasa serta galaksi-galaksi individu yang hidup di dalamnya? Kini telah ada kompas baru, yakni jet lubang hitam, yang dapat melacak medan magnet alam semesta yang selama ini menjadi area yang tidak diketahui. Umat manusia sedang memanfaatkan hal tersebut untuk mencari titik terang.
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton ‘Galaxy Express 999’, ia memiliki impian untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi galaksi melalui interaksi antargalaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta melakukan berbagai aktivitas komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti ‘Sseom Taneun Cheonmundae (Observatorium yang Sedang PDKT)’, ‘Haru Jongil Uju Saenggak (Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari)’, dan ‘Byeol, Bit-ui Gwahak (Bintang, Sains Cahaya)’.